(57)【要約】【課題】  液晶表示装置の画面のモアレ縞や色ちらつきを抑えることができ、また、画面の輝度の低下も小さくすることができる拡散板を提供する。【解決手段】  透明基板８３の表面には、合成パターン８６を用いて略長方形状が格子状に並んだパターンが形成されている。合成パターン８６は、一方向に長い線状をした複数の第１凹凸パターン８４と、ランダムに配列された凹レンズ状の複数の第２凹凸パターン８５とを合成することによって作製されている。【選択図】      図３１
2005352400.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方の面から光が入射し他方の面から光が出射する基板のいずれか一方の面に、
前記入射光の光軸を含む一平面内で入射光を拡散させる複数の凹部又は凸部からなる第１凹凸形状と、前記入射光の光軸の回りに入射光を拡散させる複数の凹部又は凸部からなる第２凹凸形状とを重畳して得られた合成パターンが形成された拡散板。
【請求項２】
前記基板のいずれか一方の面と平行な直交２方向にｘ軸及びｙ軸を定め、前記一方の面に垂直な方向にｚ軸を定めて、前記第１凹凸形状の表面形状が、
ｚ＝ｆ（ｘ、ｙ）
と表わされ、前記第２凹凸形状の表面形状が、
ｚ＝ｇ（ｘ、ｙ）
と表わされるとき、
前記合成パターンの表面形状は、
０≦ξ≦１
であるパラメータξを用いて
ｚ＝（１−ξ）×ｆ（ｘ、ｙ）＋ξ×ｇ（ｘ、ｙ）
と表わされることを特徴とする、請求項１に記載の拡散板。
【請求項３】
前記パラメータξは、
０.１≦ξ≦０.３
であることを特徴とする、請求項２に記載の拡散板。
【請求項４】
前記第１凹凸形状は、一方向に長い線状の凹部又は凸部を周期的に配置して構成されており、
前記第２凹凸形状は、球面状又は円錐形状の凹部又は凸部を非周期的に配置して構成されていることを特徴とする、請求項１に記載の拡散板。
【請求項５】
前記合成パターンは前記基板の面にほぼ平行な領域を有し、当該領域は、前記基板のいずれかの面側から見ると、略長方形が並んだ格子状の模様を形成していることを特徴とする、請求項４に記載の拡散板。
【請求項６】
前記第１凹凸形状を構成する凹部又は凸部の配置周期に対し、前記第２凹凸形状を構成する凹部又は凸部の、前記基板に垂直な方向から見た最大寸法が、１／３倍以上３倍以下であることを特徴とする、請求項４に記載の拡散板。
【請求項７】
一方の面から光が入射し他方の面から光が出射する基板のいずれか一方の面に、
前記入射光の光軸を含む一平面内で入射光を拡散させる複数の凹部又は凸部からなる第１凹凸形状と、前記入射光の光軸を含む一平面内で入射光を拡散させる複数の凹部又は凸部からなる第２凹凸形状とが、前記両平面が互いに直交するような向きで配置されていることを特徴とする拡散板。
【請求項８】
前記入射光は、光軸と直交する２方向のうち一方向に狭い指向特性を有し、他方向に広い指向特性を有する光束であって、
前記第１凹凸形状を構成する凹部又は凸部は、前記入射光の指向特性が狭い方向と平行な平面内で入射光を拡散させるように配置され、
前記第２凹凸形状を構成する凹部又は凸部は、前記入射光の指向特性が広い方向と平行な平面内で入射光を拡散させるように配置され、
前記第１凹凸形状の拡散度合いが、前記第２凹凸形状の拡散度合いよりも大きくなっていることを特徴とする、請求項７に記載の拡散板。
【請求項９】
前記第１凹凸形状を構成する凹部又は凸部と、前記第２凹凸形状を構成する凹部又は凸部とは、いずれも一方向に長い線状の凹部又は凸部となっていることを特徴とする、請求項７に記載の拡散板。
【請求項１０】
前記第１凹凸形状により入射光が拡散する前記平面に平行な方向における第１凹凸形状を構成する凹部又は凸部の周期に対し、前記第２凹凸形状により入射光が拡散する前記平面に平行な方向における第２凹凸形状を構成する凹部又は凸部の周期が、１／３倍以上３倍以下であることを特徴とする、請求項７に記載の拡散板。
【請求項１１】
前記第１凹凸形状は、一方向に長い線状の凹部又は凸部が所定の１点を中心として放射状に配置されていることを特徴とする、請求項１又は７に記載の拡散板。
【請求項１２】
光源と、
前記光源から導入した光を面状に広げて光出射面から出射させる導光板と、
前記導光板の光出射面に対向させて配置された請求項１乃至１１のいずれかに記載の拡散板と、
を備えた面光源装置。
【請求項１３】
光源と、
前記光源から導入した光を面状に広げて光出射面から出射させる導光板と、
前記導光板の光出射面に対向させて配置され、前記導光板から出射された光を前記光出射面に垂直な方向へ偏向させて前記導光板と対向する面と反対側の面から出射させるプリズムシートと、
前記プリズムシートの光が出射する面に対向させて配置された請求項１乃至１１のいずれかに記載の拡散板と、
を備えた面光源装置。
【請求項１４】
前記光源は点光源であり、
前記導光板の光出射面と反対側の面のほぼ全体には、長手方向の方向性を有する形状であって、この長手方向が前記点光源とほぼ垂直に対向する偏向パターン素子が相互に間隔をあけて配置されており、
前記プリズムシートの前記導光板と対向する面には、断面略三角形状のプリズムが前記点光源に対応する点を中心として円弧状に形成されており、
前記拡散板の合成パターンを形成する前記第１凹凸形状は、一方向に長い線状の凹部又は凸部が前記点光源に対応する点を中心として放射状に配置されてなることを特徴とする、請求項１３に記載の面光源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、拡散板及び面光源装置に関する。特に、液晶表示パネル照明用のバックライト等として用いられる面光源装置と、面光源装置から放射される光を拡散させるための拡散板に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１は第１の従来例によるバックライト型の面光源装置１１を示す分解斜視図、図２はその概略断面図である。面光源装置１１は、光を閉じ込めるための導光板１２と、発光部１３と、反射板１４とを備えている。導光板１２は、ポリカーボネイト樹脂やポリメチルメタクリレートなどの透明で屈折率の大きな樹脂によって形成されており、導光板１２の下面には断面略半円状をした凹凸加工や拡散反射インクのドット印刷等によってパターン１５が形成されている。発光部１３は、回路基板１６上に複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）等のいわゆる点光源１７を実装したものであって、導光板１２の側面（光入射面１８）に対向している。反射板１４は、反射率の高い例えば白色樹脂シートによって形成されており、両面テープ１９によって両側部を導光板１２の下面に貼り付けられている。
【０００３】
しかして、図２に示すように、発光部１３から出射されて光入射面１８から導光板１２の内部に導かれた光（図面においては、光は矢印で示す。）は、導光板１２の光出射面２０とその反対側の面との間で全反射を繰り返すことによって導光板１２内を導光する。導光板１２内を導光する光は、パターン１５に当たることによって拡散反射され、光出射面２０に対して全反射の臨界角より小さな入射角となるように反射された光は、光出射面２０から外部へ取り出される。また、導光板１２下面のパターン１５の存在しない箇所を通過して外部へ漏れた光は、反射板１４で反射されて再び導光板１２内部へ戻るので、導光板１２下面からの光量損失を防止される。
【０００４】
こうして導光板１２の光出射面２０から出射される光は、図２に示すように、導光板１２の光出射面２０にほぼ平行な方向へ出射されるので、そのままでは光出射面２０に垂直な方向（以下正面ということがある。）における輝度が低くなり、正面から見たときに非常に暗くなる。そのため、導光板１２の光出射面２０に対向させてランダムなパターンを有する拡散シート２１を配置している。光出射面２０とほぼ平行に出射された光は、拡散シート２１で散乱されることにより、光出射面２０に垂直な方向における出射光量が大きくなる。しかし、このような方式の面光源装置１１では、拡散シート２１によって光をランダムに拡散させているので、拡散シート２１を透過した光の指向性は極めて広くランバート光に近く、面光源装置１１の正面輝度が低かった。
【０００５】
そこで、面光源装置の正面輝度を向上させるための工夫がいろいろと提案されている。図３は第２の従来例によるバックライト型の面光源装置３１を示す分解斜視図、図４はその概略断面図である。この面光源装置３１にあっては、導光板３２の下面に断面三角形状をした複数の微細な偏向パターン素子３５が設けられている。偏向パターン素子３５は、輝度分布を均一化するため、発光部３３の近傍においてはパターン密度が小さく、発光部３３から遠ざかるにつれて次第にパターン密度が大きくなっている。また、導光板３２の下面に対向させて鏡面反射シート３４が配設されている。導光板３２の光入射面３８に対向する位置には、冷陰極線管からなる棒状の発光部３３を配置してある。導光板３２の光出射面４０に対向する位置には、プリズムシート４２が配置され、その上に凹凸拡散板４１が置かれている。プリズムシート４２には、発光部３３の長さ方向と平行な方向に直線状に延びた断面三角形状のプリズム４２ａが互いに平行に、かつ、一定のピッチで配列されている。
【０００６】
この面光源装置３１にあっては、図４に示すように、導光板３２内に導かれた発光部３３の光は、導光板３２の光出射面４０とその反対側の面との間で全反射を繰り返すことによって導光板３２内を導光する。導光板３２内を導光する光は、偏向パターン素子３５に当たる度に導光角度αが大きくなり、光出射面４０に対して全反射の臨界角より小さな入射角となるように反射されると、光出射面４０から外部へ出射される。従って、この面光源装置３１においても、光出射面４０から出射される光は光出射面４０とほぼ平行な方向へ出射される。光出射面４０とほぼ平行な方向へ向けて導光板３２から出射された光は、プリズムシート４２を透過することによって光出射面４０にほぼ垂直な方向へ曲げられる。
【０００７】
いま、図３に示すように、導光板３２の光入射面３８に垂直な方向にｙ軸方向を定め、光入射面３８に平行で光出射面４０にも平行な方向にｘ軸方向をとり、光出射面４０に垂直な方向にｚ軸方向をとるものとする。また、φｘはｚｘ平面内においてｚ軸方向から測った方位角を表わし、φｙはｙｚ平面内においてｚ軸方向から測った方位角を表わすものとする。
【０００８】
導光板３２内を導光し光出射面４０から出射される光は、ｘ軸方向では光の指向性を制御されていないので、導光板３２内でｘ軸方向における光の拡がりが大きく、プリズムシート４２を透過した光のφｘ方向における指向性は図５のΔφｘのように広い。一方、光出射面４０からは光出射面４０とほぼ平行な狭い範囲に向けて光が出射されるので、プリズムシート４２を透過した光のφｙ方向における指向性は図５のΔφｙのように狭い。
【０００９】
指向性はあまり広いと正面輝度の低下をもたらすが、反対に指向性が狭すぎても、観察者が顔の位置を少しずらすだけで画像が見えにくくなり、視認性が悪くなる。そのため、この面光源装置３１では、図４に示すように、プリズムシート４２の上に凹凸拡散板４１を配置し、プリズムシート４２を透過した光のｙｚ平面内におけるφｙ方向の指向性を凹凸拡散板４１でβ＝２０°程度に広げている。この結果、この面光源装置３１によれば、第１の従来例による面光源装置１１よりも高い正面輝度が得られ、かつ、液晶表示装置における視認性の低下も防止することができる。
【００１０】
図６（ａ）は上記凹凸拡散板４１における拡散パターン４３の配置を示す平面図、図６（ｂ）はｚｘ平面と平行な断面における凹凸拡散板４１の断面形状を示す図、図６（ｃ）はｙｚ平面と平行な断面における凹凸拡散板４１の断面形状を示す図である。拡散パターン４３は、凹凸拡散板４１を透過する光をｙｚ平面内では大きく拡散させるが、ｚｘ平面内ではあまり拡散させないように構成されている。すなわち、この凹凸拡散板４１の表面に形成された拡散パターン４３は、ｘ軸と平行な方向に直線状に延びており、ｙｚ平面と平行な断面では波状に湾曲した凹凸パターンとなっている。また、ｚｘ平面と平行な断面では、拡散パターン４３は平坦な直線状に形成されているが、各拡散パターン４３間には成形時のダレによって凹状に窪んだつなぎ目４４が生じている。
【００１１】
拡散パターン４３のｘ軸方向における周期をΛｘ、ｙ軸方向における周期をΛｙとするとき、光を拡散させようとする面内における周期Λｙは、他方の周期Λｘよりも小さくなっている（すなわち、Λｘ＞＞Λｙ）。拡散パターン４３の周期Λｘは５０〜２００μｍが望ましく、周期Λｙは５〜２０μｍが望ましい。拡散パターン４３の周期Λｘ、Λｙがそれぞれの上限値を超えると、拡散パターン４３を目視で認識できるようになり、液晶表示装置における表示品質が低下するためである。また、拡散パターン４３の周期Λｘ、Λｙがそれぞれの下限値を下回ると、パターンの作製が困難になるため拡散パターン４３の作製誤差がパターン形状に比較して大きくなり、光の利用効率が低下したり、あるいは、回折光が支配的となって色むら等の問題も起きるからである。
【００１２】
図７はｙｚ平面における拡散パターン４３の働きを説明する図、図８はｚｘ平面における拡散パターン４３の働きを説明する図である。ｙｚ平面と平行な断面では、拡散パターン４３は波形をしており、光出射点の接線角度をγとすると、拡散パターン４３を出射する光の拡散角（偏向角度）φｙは、
φｙ＝γ／（ｎ−１）
で表わされる。ここで、ｎは凹凸拡散板４１を構成する樹脂の屈折率であり、また空気の屈折率は１としている。
【００１３】
一方、ｚｘ平面内においては拡散パターン４３は平坦となっているので、図８に示すように、拡散パターン４３を通過する光は拡散しない。拡散パターン４３間のつなぎ目４４では、ｚｘ平面内における拡散が生じるが、ｙ軸方向における周期Λｙに比べてｘ軸方向における周期Λｘがかなり大きくなっているので、つなぎ目４４によりｚｘ平面内で拡散される光の量は、拡散パターン４３によりｙｚ平面内で拡散される光の量に比べて僅かな光量に過ぎない。よって、凹凸拡散板４１は、ほとんどｙｚ平面内での拡散だけを生じさせている。
【００１４】
図１０は上記凹凸拡散板４１の拡散特性を示す図である。この特性図に表わされているように、上記凹凸拡散板４１は、ｚｘ平面内においてφｘ方向にはほとんど光を拡散させず、ｙｚ平面内においてφｙ方向で２０°程度の拡がりで拡散を生じさせる。プリズムシート４２から出射される光の指向特性は、図９に示すように、φｘ方向で広く、φｙ方向で狭くなっている。このような指向特性を有するプリズムシート４２の上に、図１０のような拡散特性を有する凹凸拡散板４１を設置すれば、面光源装置３１から出射される光の指向特性は図１１のようになる。すなわち、φｘ方向においては、凹凸拡散板４１から出射した光の指向性は、プリズムシート４２を通過した光の指向性とほぼ等しいが、φｙ方向においては、凹凸拡散板４１から出射した光の指向性は、プリズムシート４２を通過した光の指向性よりも大きくなっており、φｘ方向でもφｙ方向でもｚ軸を中心として両側で２０°程度まで広がっており、液晶表示装置に使用するのに充分な視野角となっている。
【００１５】
図１２は第３の従来例によるバックライト型の面光源装置５１を示す斜視図、図１３はその概略断面図である。この面光源装置５１にあっては、導光板５２のコーナー部近傍にＬＥＤ等の点光源からなる発光部５３が配置されている。導光板５２の下面には、断面三角形状をした偏向パターン素子５５が、発光部５３を中心として同心円状に配列されている。偏向パターン素子５５は、発光部５３の近傍ではパターン密度が小さくなっており、発光部５３から遠ざかるにつれてパターン密度が大きくなっている。導光板５２の下面に対向する位置には、鏡面反射シート５４が配設されている。導光板５２の光出射面６０に対向する位置には、プリズムシート６２が配置され、その上に凹凸拡散板６１が置かれている。プリズムシート６２には、発光部５３を中心として円弧状に延びた断面三角形状のプリズムが形成されている。
【００１６】
この面光源装置５１における位置又は方向を円筒座標を用いて表わす。図１４に示すように、導光板５２の光出射面６０に垂直な方向にｚ軸方向を定め、発光部５３を中心とする半径方向をｒ軸方向とし、導光板５２の一方の側面から測った角度をθとし、ｒ軸方向及びｚ軸方向に垂直な方向をθ軸方向とする。また、ｒ軸方向及びｚ軸方向に平行な平面内においてｚ軸から計った方位角をφｒとし、ｒ軸方向に垂直でｚ軸方向に平行な面内においてｚ軸から計った方位角をφθとする。
【００１７】
この面光源装置５１にあっては、図１３に示すように、発光部５３（点光源）から導光板５２に入った光は、発光部５３を中心として放射状に広がる。しかも、ｚ軸方向から見た平面視においては、各偏向パターン素子５５は、その長さ方向が発光部５３と結ぶ方向（ｒ軸方向）と直交するように配置されているので、導光板５２内を導光する光は、偏向パターン素子５５で反射されてもθ方向には散乱されず、ｒ軸方向に沿ってほぼ真っ直ぐに進んでいく。そのため、偏向パターン素子５５で反射され導光板５２の光出射面６０から出射した後、プリズムシート６２によってほぼ垂直な方向へ曲げられた光の指向性は、図１４のようになる。プリズムシート６２を透過した光の指向性は、φｒ方向における指向性Δφｒでも、φθ方向における指向性Δφθでも狭くなっているが、導光板５２内を導光する光の方向がほぼｒ軸方向に揃っているので、φθ方向における指向性Δφθは特に狭いものとなっている。
【００１８】
よって、第３の従来例では、凹凸拡散板６１は、プリズムシート６２を透過した光をφθ方向に広げる働きを必要とする。そのため、図１５（ａ）に示すように、この凹凸拡散板６１では、ｒ軸方向に延びた拡散パターン６３を発光部５３を中心として同心円状に、もしくは放射状に配置している。拡散パターン６３は、図１５（ａ）においてＰ１−Ｐ１で示す断面においては、図１５（ｂ）に示すように平坦なパターンとなっており、拡散パターン４３間にはつなぎ目６４が生じている。また、拡散パターン６３は、図１５（ａ）においてＰ２−Ｐ２で示す断面においては、図１５（ｃ）に示すような波状のパターンとなっている。
【００１９】
この拡散パターン６３の働きも、第２の従来例における拡散パターン４３と同様である（図７、図８参照）が、光を拡散させる方向が異なっており、第３の従来例におけるｒ軸方向が第２の従来例におけるｘ軸方向に対応し、第３の従来例におけるθ軸方向が第２の従来例におけるｙ軸方向に対応している。よって、拡散パターン６３のｒ軸方向における周期をΛｒ、θ軸方向における周期をΛθとするとき、ｒ軸方向における周期Λｒは、θ方向における周期Λθよりも大きくなっている（すなわち、Λｒ＞＞Λθ）。拡散パターン６３の周期Λｒは５０〜２００μｍが望ましく、周期Λθは５〜２０μｍが望ましい。
【００２０】
図１７は上記凹凸拡散板６１の拡散特性を示す図である。この特性図に表わされているように、凹凸拡散板６１は、ｚｒ平面内においてφｒ方向にはほとんど光を拡散させず、ｚθ平面内においてφθ方向で２０°程度の拡がりで拡散を生じさせる。プリズムシート６２から出射される光の指向特性は、図１６に示すように、φｒ方向で広く、φθ方向で狭くなっている。このような指向特性を有するプリズムシート６２の上に、図１７のような拡散特性を有する凹凸拡散板６１を設置すれば、面光源装置５１から出射される光の指向特性は図１８のようになる。すなわち、φｒ方向においては、凹凸拡散板６１から出射した光の指向性は、プリズムシート６２を通過した光の指向性とほぼ等しいが、φθ方向においては、凹凸拡散板６１から出射した光の指向性は、プリズムシート６２を通過した光の指向性よりも大きくなっており、φｒ方向でもφθ方向でもｚ軸を中心として両側で２０°程度まで広がっており、液晶表示装置に使用するのに充分な視野角となっている。
【００２１】
しかしながら、第２及び第３の従来例で用いられているような凹凸拡散板４１、６１を用いた面光源装置３１、５１では、図１９に示すように、その上に液晶表示パネル６５を重ねて液晶表示装置を構成したとき、液晶表示パネル６５の表面に数ｍｍ周期のモアレ縞Ｍが発生し、液晶表示装置の表示品質を低下させるという問題があった。図２０は実際にモアレ縞の発生する様子を表わしている。図２１は、赤色画素（Ｒ）、緑色画素（Ｇ）、青色画素（Ｂ）によって１絵素が形成され、絵素の開口周期がΛｃ＝１２０μｍとなった液晶表示パネル６５の一部である。ｘ軸方向の周期がΛｘ＝２００μｍ、ｙ軸方向の周期がΛｙ＝２０μｍの凹凸拡散板４１を用いた第２の従来例の面光源装置３１の上に、図２１のような液晶表示パネル６５を重ねたとき、液晶表示パネル６５には、図２０に示すようなモアレ縞が数ｍｍの周期で現われて液晶表示装置の画像を低下させる。なお、第３の従来例のような面光源装置の場合には、図示しないが、放射状のモアレ縞が発生することになる。
【００２２】
ここで、線状の拡散パターンを配列した凹凸拡散板を用いた場合に、液晶表示パネルの表面にモアレ縞が発生する原因は、次のように考えられる。図２２は裏面側から光を当てた凹凸拡散板４１を顕微鏡で観察した様子を表わしている（図５０には、この顕微鏡写真を示している。）。拡散パターン４３間のつなぎ目４４では、拡散パターン４３のように光がφｙ方向に拡散されない分だけ明るくなり、凹凸拡散板４１はつなぎ目４４に沿って輝度ピークが生じる。このつなぎ目４４間の周期は１００μｍ程度であるので、凹凸拡散板４１の輝度ピークもこの周期で繰り返し発生することになる。そして、この輝度ピークの周期と液晶表示パネル６５の絵素の周期Λｃとが近い値を持っているので、両者が干渉してモアレ縞Ｍが発生することになると考えられる。
【００２３】
また、第２及び第３の従来例で用いられているような凹凸拡散板４１、６１を用いると、図２３に示すような色ちらつきが液晶表示パネル６５の表面に発生するという問題もあった。この原因は、次のように考えられる。例えば、凹凸拡散板４１に設けられている拡散パターン４３のｙ軸方向の周期をΛｙ＝１０μｍとし、液晶表示パネル６５における赤色、緑色及び青色の各画素の開口幅がＷ＝３５μｍであるとする。このような面光源装置と液晶表示パネルとを重ね合わせたときには、図２４に示すように、各画素を通過する拡散パターン４３は２本の場合と、３本の場合とがある。例えば、図２４の場合には、赤色画素（Ｒ）の開口内と青色画素（Ｂ）の開口内では３本の拡散パターン４３が通過しているが、緑色画素（Ｇ）の開口内では２本の拡散パターン４３しか通過していない。従って、各画素間では最大１.５倍の発光強度の違いが生じている。このように各発光色の画素間で発光強度の差が生じ、しかも、どの発光色の画素の発光強度が強くなるかは場所によってまちまちであるから、場所によって異なる色に色づき、これが色ちらつきとして見えると考えられる。
【００２４】
また、第２の従来例や第３の従来例で用いられる凹凸拡散板としては、粒状の凹凸パターンをランダムに形成したものが用いられる場合がある。図２５（ａ）（ｂ）及び図２６（ａ）（ｂ）は異なるパターンを有する凹凸拡散板７１の構造を説明するための説明図である。凹凸拡散板７１は、図２５（ａ）に示すように繰り返しパターン７２をほぼ隙間無く左右上下に周期的に配列したものである。また、図１０（ｂ）に示すように、繰り返しパターン７２は、凹部７３をほぼ隙間無くランダムに並べたものである。１つの繰り返しパターン４１の縦方向及び横方向の幅Ｈ、Ｄは、モアレ縞を防止するために液晶表示パネルの画素のサイズよりも大きくなっており、いずれも好ましくは１００μｍ以上１ｍｍ以下としている。また、繰り返しパターン７２を構成する凹部７３の寸法は不揃いであって、外径Ｇが５μｍ以上３０μｍ以下（特に、１０μｍ程度のものが好ましい。）のものが望ましい。また、凹部７３は、図２６（ａ）（ｂ）に示すように、凹レンズ状をしている。
【００２５】
この凹凸拡散板７１は、拡散特性が特殊であるため、パターンの凹凸形状を正確に制御しなければならない。その場合、１つの凹凸パターンを周期的に配列するようにすれば、すべての凹凸パターンが同じ形状になるので、すべての凹凸パターンを同じように作製できて正確な凹凸形状ができる。しかし、このような方法では、液晶表示装置の画面にモアレ縞が発生したり、画素が目立ったりし易くなる。逆に、凹凸パターンをランダムに配置しようとすれば、凹凸パターンの形状やサイズを１個１個変化させなければならず、正確な形状を作製するのが困難になる。また、場所によって凹凸拡散板の特性が変化する恐れがある。そのためこの凹凸拡散板７１では、ランダムな形状や寸法を有する凹部７３をランダムに配置させて繰り返しパターン７２を構成し、この繰り返しパターン７２を周期的に配列することにより、モアレ縞等の発生を抑制しつつ凹凸拡散板７１のパターン製作を容易にしている。
【００２６】
図２７（ａ）（ｂ）は凹凸拡散板７１の働きを説明する図である。凹凸拡散板７１は多数の凹部７３をランダムに配置されたものであり、各凹部７３は凹レンズ状をしているので、図２７（ａ）に示すように下面側から垂直に光が入射したとき、凹レンズの作用によって入射光は光軸の回りに拡散させられる。従って、この凹凸拡散板７１は、図２７（ｂ）に示すような拡散特性を示し、凹凸拡散板７１の屈折率をｎとし、凹部７３の中央と縁（頂点）とを結ぶ線分の傾きをεとすると、この拡散特性では、中央の高いピークの両側で、φｘ＝φｙ＝±ε／（ｎ−１）の位置にもピークを生じる。なお、この拡散特性は、凹部７３が円形をしている場合には、ｚ軸のまわりに回転対称となる。
【００２７】
図２８は凹凸拡散板７１の実際の拡散特性を示す図であって、φｘ方向の拡散特性とφｙ方向の拡散特性が一致している。このような特性を有する凹凸拡散板７１を、第２の従来例の凹凸拡散板４１に置き換えれば、プリズムシート４２を透過した後の図９の指向特性は、凹凸拡散板７１を透過した後では、図２９のように変換される。その結果、φｘ方向でも、φｙ方向でも指向特性は２０°程度に拡がり、液晶表示装置に使用するのに十分な視野角が得られる。
【００２８】
このような凹凸拡散板７１によれば、凹部７３がランダムに配列されているので、モアレ縞が生じない。しかし、凹部７３がランダムに配置されているため、局所的な配置の偏りが生じ、液晶表示パネルの各画素間に発光強度の差が生じ、凹凸拡散板４１の場合と同様に色ちらつきが生じる問題があった。この色ちらつきの問題は、第３の従来例に用いた場合でも同様である。
【００２９】
また、この凹凸拡散板７１では、光軸の回りの全方位に同じように光を拡散させるので、凹凸拡散板４１や凹凸拡散板６１を用いた場合と比較して、液晶表示装置の画面の輝度が１５％程度低下するという問題があった。
【００３０】
上記のように線状のパターンを形成した凹凸拡散板では、モアレ縞と色ちらつきが問題となり、粒状のパターンをランダムに配置した凹凸拡散板では、色ちらつきと輝度の低下が問題になっており、かかる欠点を解消することが望まれている。
【００３１】
なお、上記のような従来例については、特許文献１に記載されている。
【特許文献１】特開２００３−２１５５８４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００３２】
本発明は上記のような技術的課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、液晶表示装置の画面のモアレ縞や色ちらつきを抑えることができ、また、画面の輝度の低下も小さくすることができる拡散板を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００３３】
本発明にかかる第１の拡散板は、一方の面から光が入射し他方の面から光が出射する基板のいずれか一方の面に、前記入射光の光軸を含む一平面内で入射光を拡散させる複数の凹部又は凸部からなる第１凹凸形状と、前記入射光の光軸の回りに入射光を拡散させる複数の凹部又は凸部からなる第２凹凸形状とを重畳して得られた合成パターンが形成されたことを特徴としている。なお、入射光の光軸とは、入射光束のうち最大光度の光線と平行な方向をさす。
【００３４】
本発明の第１の拡散板は、第１凹凸形状と第２凹凸形状が重なり合っているので、拡散板全体の拡散度合いが等しい場合、第１凹凸形状だけの場合よりも第１凹凸形状からの寄与を少なくでき、モアレ縞の発生を少なくできる。さらに、第２凹凸形状によって第１凹凸形状とは異なる方向へ光を拡散させることができるので、モアレ縞をより低減させることができる。また、拡散板全体の拡散度合いが等しい場合、第２凹凸形状だけの場合よりも第２凹凸形状からの寄与を少なくでき、輝度の低下を小さくできる。さらに、本発明の第１の拡散板によれば、第１凹凸形状と第２凹凸形状とが重なり合う結果、パターン模様がより微細になるので、液晶表示パネルの各発光色の画素におけるばらつきを小さくすることができ、色ちらつきを低減させることができる。
【００３５】
本発明の第１の拡散板にかかるある実施態様においては、前記基板のいずれか一方の面と平行な直交２方向にｘ軸及びｙ軸を定め、前記一方の面に垂直な方向にｚ軸を定めて、前記第１凹凸形状の表面形状が、
ｚ＝ｆ（ｘ、ｙ）
と表わされ、前記第２凹凸形状の表面形状が、
ｚ＝ｇ（ｘ、ｙ）
と表わされるとき、前記合成パターンの表面形状は、
０≦ξ≦１
であるパラメータξを用いて
ｚ＝（１−ξ）×ｆ（ｘ、ｙ）＋ξ×ｇ（ｘ、ｙ）
と表わされることを特徴としている。よって、この実施態様によれば、パラメータξを０〜１の範囲で変化させることにより、第１凹凸形状と第２凹凸形状の分配比率を任意に替えて拡散板を設計することができる。特に、ｚ＝ｆ（ｘ、ｙ）とｚ＝ｇ（ｘ、ｙ）が、拡散度合いの等しい第１凹凸形状と第２凹凸形状を表わしている場合には、拡散板の拡散度合いを変化させることなく第１凹凸形状と第２凹凸形状の分配比率を変えることができる。
【００３６】
本発明の第１の拡散板にかかる別な実施態様においては、上記実施態様において前記パラメータξを、
０.１≦ξ≦０.３
としている。パラメータξをこの範囲内に定めることにより、液晶表示装置に用いたときの画像のコントラストを高くして色ちらつきを防止し、かつ、輝度を高く保つことができる。
【００３７】
本発明の第１の拡散板にかかるさらに別な実施態様においては、前記第１凹凸形状は、一方向に長い線状の凹部又は凸部を周期的に配置して構成されており、前記第２凹凸形状は、球面状又は円錐形状の凹部又は凸部を非周期的に配置して構成されていることを特徴としている。一方向に長い線状をした第１凹凸形状の凹部又は凸部、たとえばシリンドリカルレンズ状をしたものによれば、その長さ方向に直交する面内で入射光を拡散させることができる。また、球面状又は円錐状をした第２凹凸形状の凹部又は凸部、例えば凹レンズ状をしたものによれば、入射光をその光軸の回りに拡散させることができる。また、この実施態様により合成パターンを作製した場合には、前記合成パターンは前記基板の面にほぼ平行な領域を有し、当該領域は、前記基板のいずれかの面側から見ると、略長方形が並んだ格子状の模様が形成される。そのため、液晶表示装置に用いたときの色ちらつきを防止する効果が高くなる。
【００３８】
本発明の第１の拡散板にかかるさらに別な実施態様においては、前記第１凹凸形状を構成する凹部又は凸部の配置周期に対し、前記第２凹凸形状を構成する凹部又は凸部の、前記基板に垂直な方向から見た最大寸法が、１／３倍以上３倍以下であることを特徴としているので、液晶表示装置の画面の色ちらつきを低減することができる。
【００３９】
本発明にかかる第２の拡散板は、一方の面から光が入射し他方の面から光が出射する基板のいずれか一方の面に、前記入射光の光軸を含む一平面内で入射光を拡散させる複数の凹部又は凸部からなる第１凹凸形状と、前記入射光の光軸を含む一平面内で入射光を拡散させる複数の凹部又は凸部からなる第２凹凸形状とが、前記両平面が互いに直交するような向きで配置されていることを特徴としている。
【００４０】
本発明にかかる第２の拡散板においても、液晶表示パネルと組み合わせたとき、モアレ縞を低減すると共に輝度の低下も抑制でき、しかも、画面の色ちらつきも低減させることができる。
【００４１】
本発明の第２の拡散板にかかる実施態様においては、前記入射光は、光軸と直交する２方向のうち一方向に狭い指向特性を有し、他方向に広い指向特性を有する光束であって、前記第１凹凸形状を構成する凹部又は凸部は、前記入射光の指向特性が狭い方向と平行な平面内で入射光を拡散させるように配置され、前記第２凹凸形状を構成する凹部又は凸部は、前記入射光の指向特性が広い方向と平行な平面内で入射光を拡散させるように配置され、前記第１凹凸形状の拡散度合いが、前記第２凹凸形状の拡散度合いよりも大きくなっていることを特徴としている。従って、この拡散板を用いれば、入射光の指向特性が狭い方向においては第１凹凸形状により入射光を大きく拡散させ、入射光の指向特性が広い方向においては第２凹凸形状によって入射光を小さく拡散させることができ、液晶表示装置の画面の視認性を向上させることができる。
【００４２】
本発明の第２の拡散板にかかる別な実施態様においては、前記第１凹凸形状を構成する凹部又は凸部と、前記第２凹凸形状を構成する凹部又は凸部とは、いずれも一方向に長い線状の凹部又は凸部となっている。一方向に長い線状の凹部又は凸部、たとえばシリンドリカルレンズ状をしたものによれば、その長さ方向に直交する面内で入射光を拡散させることができる。また、第１凹凸形状及び第２凹凸形状を構成する凹部又は凸部の表面の曲率等によってそれぞれの拡散度合いを調整することができる。
【００４３】
本発明の第２の拡散板にかかるさらに別な実施態様においては、前記第１凹凸形状により入射光が拡散する前記平面に平行な方向における第１凹凸形状を構成する凹部又は凸部の周期に対し、前記第２凹凸形状により入射光が拡散する前記平面に平行な方向における第２凹凸形状を構成する凹部又は凸部の周期が、１／３倍以上３倍以下となっている。この実施態様によれば、液晶表示装置の画面の色ちらつきを低減することができる。
【００４４】
本発明の第１及び第２の拡散板にかかるさらに別な実施態様いおいては、前記第１凹凸形状が、一方向に長い線状の凹部又は凸部が所定の１点を中心として放射状に配置されているので、本発明の拡散板を微小な光源を用いた面光源装置にも適用することができる。
【００４５】
特に、本発明にかかる面光源装置の一つは、前記光源が点光源であり、前記導光板の光出射面と反対側の面のほぼ全体には、長手方向の方向性を有する形状であって、この長手方向が前記点光源とほぼ垂直に対向する偏向パターン素子が相互に間隔をあけて配置されており、前記プリズムシートの前記導光板と対向する面には、断面略三角形状のプリズムが前記点光源に対応する点を中心として円弧状に形成されており、前記拡散板の合成パターンを形成する前記第１凹凸形状は、一方向に長い線状の凹部又は凸部が前記点光源に対応する点を中心として放射状に配置されている。
【００４６】
かかる面光源装置では、本発明にかかる拡散板を用いたことによる効果に加え、点光源から出射された光を狭い視野角の光として導光板の光出射面から出射させ、これを拡散板によって視認性のよい視野角が得られるように広げることができ、光利用効率が高く視認性の良好な面光源装置を得ることができる。
【００４７】
なお、本発明の以上説明した構成要素は、可能な限り任意に組み合わせることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４８】
以下、本発明の実施例を図面に従って詳細に説明する。ただし、本発明は、以下の実施例に限定されるものでないのは勿論である。
【実施例１】
【００４９】
図３０は本発明の実施例１による拡散板を用いた面光源装置８１を示す分解斜視図である。この面光源装置８１は、導光板３２、発光部３３、鏡面反射シート３４、プリズムシート４２、凹凸拡散板８２によって構成されている。このうち、凹凸拡散板８２以外の構成部材については、既に説明した第２の従来例と同一であるので、それらの説明は省略し、以下においては凹凸拡散板８２の構造とその作用についてのみ説明する。
【００５０】
凹凸拡散板８２は、透明基板８３の上面に第１凹凸形状と第２凹凸形状をスタンパ法等によって一度に成形したものであって、第１凹凸形状と第２凹凸形状は合成するようにして重ね合わされている。図３１（ａ）（ｂ）はそれぞれ合成パターンの元になった第１凹凸形状と第２凹凸形状を示す図、図３１（ｃ）は第１凹凸形状と第２凹凸形状を合成したパターンに基づいて凹凸拡散板８２の表面に形成されたパターンの一部を示す図である。
【００５１】
第１凹凸形状は複数の第１凹凸パターン８４（凹部又は凸部）によって構成されている。第１凹凸パターン８４は、断面が波形状、半円状、半楕円状、シリンドリカルレンズ状、三角柱状、断面台形状などに形成されており、均一な断面のままで直線状に延びていて線状ないし棒状となっている。また、第１凹凸パターン８４は、互いに平行となるようにして、ｘ方向及びｙ方向に周期Λｘ、Λｙで繰り返し配列されている。図３２（ａ）に示すように、下面側から光が垂直に入射したとき、入射光の光軸（最大光度の光線）を含み、かつ、第１凹凸パターン８４の長さ方向に垂直な平面内で入射光を拡散させるというのが、第１凹凸パターン８４の典型的な光学的作用である。
【００５２】
第２凹凸形状は複数の第２凹凸パターン８５（凹部又は凸部）によって構成されている。第２凹凸パターン８５は、球面凹レンズ状、非球面凹レンズ状、円錐状、円錐台状、角錐状、角錐台状などに形成されていてランダムに配列されている。第２凹凸パターン８５は、その大きさもランダムになっていてもよい。さらに、第２凹凸パターン８５は、ランダムに配列された基本パターンを繰り返し周期的に配置することによって全体が構成されていることが望ましい（図２５の説明を参照）。図３２（ｂ）に示すように、下面側から光が垂直に入射したとき、入射光の光軸に平行で、かつ、第２凹凸パターン８５の中心部を通過する直線の回りに入射光を拡散させるというのが第２凹凸パターン８５の典型的な光学的作用である。
【００５３】
面光源装置８１の表面の合成パターン８６は、図３１（ａ）のように配列された複数の第１凹凸パターン８４と、図３１（ｂ）のように配列された複数の第２凹凸パターン８５とを重ね合わせて合成されている。図３３（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）（ｅ）（ｆ）は、第１凹凸パターン８４と第２凹凸パターン８５とを合成する方法を説明している。図３３（ａ）（ｂ）は、第１凹凸パターン８４のｙｚ平面と平行な断面におけるパターン形状と、ｚｘ平面と平行な断面におけるパターン形状である。図３３（ｃ）（ｄ）は、第２凹凸パターン８５のｙｚ平面と平行な断面におけるパターン形状と、ｚｘ平面と平行な断面におけるパターン形状である。図３３（ｅ）（ｆ）は、合成パターン８６のｙｚ平面と平行な断面におけるパターン形状と、ｚｘ平面と平行な断面におけるパターン形状である。
【００５４】
図３３（ａ）（ｂ）で表わされる第１凹凸パターン８４の高さをｚ＝ｚ１とし、第１凹凸パターン８４の形状が、
ｚ＝ｚ１＝ｆ（ｘ、ｙ）
で表わされているとする。同様に、図３３（ｃ）（ｄ）で表わされる第２凹凸パターン８５の高さをｚ＝ｚ２とし、第２凹凸パターン８５の形状が、
ｚ＝ｚ２＝ｇ（ｘ、ｙ）
で表わされているとする。このとき、図３３（ｅ）（ｆ）の合成パターン８６の形状は、第１凹凸パターン８４と第２凹凸パターン８５の重ね合わせで表現される。すなわち、合成パターン８６の高さをｚ＝ｚ３とすれば、合成パターン８６の形状は、
ｚ＝ｚ３＝ｚ１＋ｚ２＝ｆ（ｘ、ｙ）＋ｇ（ｘ、ｙ）
で表わされる。こうして合成パターン８６の形状が決まれば、電子ビーム描画法などでＮｉ原盤を作製し、この原盤からスタンパを作製し、そのスタンパを用いて透明基板８３の上に塗布された紫外線硬化型樹脂をスタンパで成形し、紫外線照射により紫外線硬化型樹脂を硬化させて凹凸拡散板８２を得ることができる。
【００５５】
また、第１凹凸パターン８４のパターン形状：ｚ１＝ｆ（ｘ、ｙ）が、目的とする拡散度合いのパターンを表わしており、第２凹凸パターン８５のパターン形状：ｚ２＝ｇ（ｘ、ｙ）も、目的とする拡散度合いのパターンを表わしているとした場合、
ｚ＝ｚ３＝（１−ξ）×ｆ（ｘ、ｙ）＋ξ×ｇ（ｘ、ｙ）  …（１）
で表わされるパターン形状の合成パターン８６は、やはりほぼ目的とする拡散度合いのパターンとなる。ここで、ξは第２凹凸パターン８５の合成比率であって、０≦ξ≦１ である。よって、（１）式を用いて合成パターン８６を設計すれば、目的とする拡散度合いを維持したまま、ξをパラメータとして合成パターン８６の形状を変化させることができる。従って、ξを変化させてモアレ縞や色ちらつき、輝度低減などをできるだけ小さくすることのできるξの値を決定すれば、最適な合成パターン８６の形状を決定することができる。
【００５６】
図３４は、合成比率ξを０から１まで変化させたときの、液晶表示装置の画面の輝度と、図２１に示した液晶表示パネルの各発光色（Ｒ、Ｇ、Ｂ）の開口間でのコントラストの逆数とをシミュレーションしたものである。図３４に現われているように、画面の輝度は、ξが大きくなって第２凹凸パターン８５の割合が増加するほど低下する。これは第１凹凸パターン８４に比べて第２凹凸パターン８５の輝度が１５％ほど低いためである。また、コントラストの逆数は、ξ＝０.２〜０．８の範囲で大きいが、ξが０.２より小さいとコントラストの逆数は小さくなり、０.８を超えてもコントラストの逆数は小さくなっている。
【００５７】
図３４によれば、合成比率ξが０から０.５まで増加すると、コントラストの逆数は１に近づいて色ちらつきは見えにくくなるが、輝度は次第に低下する。従って、第２凹凸パターン８５の合成比率ξの値は、コントラストの逆数が０.９５以上で、かつ、輝度が第１凹凸パターン８４に比べて１割以上低下しない領域で決定するのが望ましい。よって、第２凹凸パターン８５の合成比率の値（設計領域）としては、
０.１≦ξ≦０.３
とするのが望ましく、０.２くらいが特に望ましい。
【００５８】
しかし、実際には合成パターン８６を成形するための成形型（スタンパ）が第１凹凸パターン８４と第２凹凸パターン８５とを正確に合成して作製されていたとしても、その成形型を用いて成形された合成パターン８６は多少の変形を伴う。すなわち、第１凹凸パターン８４と第２凹凸パターン８５を合成した合成パターン８６では、第１及び第２凹凸パターン８４、８５に比べてパターンが細かくなるので、合成パターン８６の樹脂がパターンの尖端部分に充填されにくくなったり、パターンが若干歪んだりし易くなる。その結果、第１凹凸パターン８４の上面や第２凹凸パターン８５の尖端部分などが透明基板８３とほぼ平行な領域となり、図３１（ｃ）に示す（また、実際の合成パターン８６の顕微鏡写真を図５１に示す。）ように、透明基板８３とほぼ平行な領域は、略長方形が並んだ格子状の模様を形成することになる。特に、合成比率ξが小さい場合には、第１凹凸パターン８４が強く現われるので、合成パターン８６は図３１（ｃ）や図５１に示すように、略長方形が並んだ格子状のパターンと成り易い。
【００５９】
図３５（ａ）は凹凸拡散板８２の合成パターン８６を顕微鏡で見た画像を示す。これは図３７に示すように、下面側から凹凸拡散板８２に平行光を照射し、合成パターン８６を顕微鏡対物レンズ８７を通して撮影したものである。図３５（ａ）によれば、明らかに一方向に長い第１凹凸パターン８４と、ランダムに複数配列された第２凹凸パターン８５との両方のパターンを観察することができる。このとき第２凹凸パターン８５においては隣接する凹凸パターンどうしが交わる辺は直線となるので、第２凹凸パターン８５は実際には多角形が配列されたものとして見える。
【００６０】
また、図３５（ｂ）は、図３５（ａ）の原画像を２次元フーリエ変換したパワースペクトル画像を表わしている。図３５（ｂ）のパワースペクトル画像では、ｙ軸上に存在するピークと、全方向に広がるピークとを観察できる。このｙ軸上に存在するピークは、一方向に長い第１凹凸パターン８４のｙ軸方向の周期Λｙに対応している。全方向に広がるピークは、複数配列された第２凹凸パターン８５の外形寸法Ｋに対応している。
【００６１】
図３６は、図３５（ｂ）のパワースペクトル画像の原点からの距離（空間周波数）を横軸にとり、強度を縦軸にとったグラフ（パワースペクトル成分）を示す。ここにも、第１凹凸パターン８４の成分によるピークと、第２凹凸パターン８５の成分によるピークが分離して現われている。
【００６２】
次に、本発明の凹凸拡散板８２によるモアレ消去の効果について説明する。第２の従来例の場合には、拡散パターン４３のつなぎ目４４で周期的に輝度ピークが生じるためにモアレ縞が発生していた。しかし、本発明で用いている凹凸拡散板８２では、拡散パターン４３に相当する第１凹凸パターン８４の成分は合成パターン８６の一部となっているので、その分だけ輝度ピークが小さくなり、モアレ縞が発生しにくくなる。さらに、第１凹凸パターン８４に第２凹凸パターン８５が重なり合うことによってパターンのつなぎ目が消滅することになり、図３８に示す輝度分布のように大きな輝度ピークが周期的に発生しにくくなる（図５１には、ここに示した凹凸拡散板の顕微鏡写真を示している。）。その結果、凹凸拡散板８２と液晶表示パネルの開口ピッチとが干渉を起こしにくくなり、モアレ縞を解消することができる。
【００６３】
また、本発明にかかる凹凸拡散板８２によれば、第１凹凸パターン８４と第２凹凸パターン８５の中間の輝度が得られることが予想される。図３９、図４０、図４１は、それぞれ本発明の凹凸拡散板８２を用いた場合と、第１凹凸パターン８４のみを設けた凹凸拡散板を用いた場合と、第２凹凸パターン８５のみを設けた凹凸拡散板を用いた場合とで輝度及び指向特性を比較したものである。これらのいずれの場合も指向性は２０°程度となっており、表示用に使用するのに十分な視野角となっている。
【００６４】
一方、第１凹凸パターン８４のみの拡散板を用いた場合の輝度を基準とし、これを１とすると、第２凹凸パターン８５のみの拡散板を用いた場合の輝度は０．８５となり、本発明の凹凸拡散板８２の場合には、０.９５となった。よって、本発明の凹凸拡散板８２を用いた場合には、第１凹凸パターン８４のみの凹凸拡散板を用いる場合に比較すれば輝度が低下しているが、第２凹凸パターン８５のみの凹凸拡散板を用いた場合と比較すれば、輝度が１割以上向上している。
【００６５】
次に、本発明の凹凸拡散板８２を用いることにより、色ちらつきが消去される理由を説明する。図２２から分かるように、第１凹凸パターン８４と第２凹凸パターン８５を重ね合わせることにより、合成パターン８６は、第１凹凸パターン８４と比べても、第２凹凸パターン８５と比べてもパターンが細かくなり、凹凸拡散板８２全体に均一に分布するようになる。そのため図４２に示すように、面光源装置８１の上に液晶表示パネル６５を重ねたとき、赤色画素６５内に分布する合成パターン８６と、緑色画素６６内に分布する合成パターン８６と、青色画素６５Ｂ内に分布する合成パターン８６との間に分布量の差は認められない。そのため、各発光色の画素が同じ明るさで光ることになり、色ちらつきが発生しにくくなる。
【００６６】
図４２により具体的に説明すると、液晶表示パネル６５の開口周期はΛc＝１５０μｍ、各発光色の開口サイズは縦Ｄ１＝１００μｍ、幅Ｄ２＝３５μｍとなっている。また、第１凹凸パターン８４は、ｘ方向の周期がΛｘ＝１００μｍ、ｙ方向の周期がΛｙ＝１０μｍであり、第２凹凸パターン８５は、その外形寸法がＫ＝１１μｍとなっている。かかる構成で、赤色画素６５Ｒ、緑色画素６５Ｇ、青色画素６５Ｂ内の輝度の比を測定すると、
赤色画素の輝度：緑色画素の輝度：青色画素の輝度＝１.０３：１.０３：1
となり、コントラスト比は１.０３まで改善されている。よって、凹凸拡散板８２によれば、画面の色ちらつきをほとんど改善することができる。
【００６７】
また、第１凹凸パターン８４のｙ方向の周期Λｙと第２凹凸パターン８５の外形寸法との比Ｋ／Λｙに対して、画素開口内輝度のコントラストは、図４３のように変化する。色ちらつきが見えないための条件は、コントラストでいうと１.１程度である。よって、第１凹凸パターン８４の長さ方向と直交する方向の周期Λｙと、第２凹凸パターン８５の外形寸法Ｋとの関係についても、実験結果によれば、
１／３≦Ｋ／Λy≦３
が望ましく、特に、
１／２≦Ｋ／Λy≦２
が望ましい。
【００６８】
図４４（ａ）はｙｚ平面における合成パターン８６の断面を示し、図４４（ｂ）はｙｚ平面における合成パターン８６の拡散特性を示している。図４５（ａ）はｚｘ平面における合成パターン８６の断面を示し、図４５（ｂ）はｚｘ平面における合成パターン８６の拡散特性を示している。ｙｚ平面においては、合成パターン８６の傾斜角度は、第１凹凸パターン８４の傾斜角度γに第２凹凸パターン８５の角度εが加わったものであり、その角度γ、εによってｙｚ平面における拡散特性が決まる。また、ｚｘ平面における合成パターン８６の傾斜角度は、第２凹凸パターン８５の傾斜角度εだけで決まり、その拡散特性は、±ε／（ｎ−１） にピークを持つ。よって、第１凹凸パターン８４及び第２凹凸パターン８５の角度γとεを調整することにより、ｙｚ平面内の拡散特性とｚｘ平面内の拡散特性とを最適化することができる。
【実施例２】
【００６９】
図４６は本発明の実施例２の面光源装置９１を示す斜視図である。この実施例２についても、凹凸拡散板９２以外の構成部品については、第３の従来例と同じ構成を有しているので、詳細は省略する。また、この実施例２で用いられている凹凸拡散板９２では、光源５３を中心として放射状に延びた線状の第１凹凸パターン９３と、非周期的に配列された球面状又は円錐状等の第２凹凸パターン９４とを重ね合わせて合成パターン９５を形成している。この実施例２についても、実施例１の説明におけるｘ軸方向、ｙ軸方向をそれぞれｒ軸方向、θ軸方向と読み替えれば、実施例１の説明は実施例２についても当てはまる。
【実施例３】
【００７０】
図４７（ａ）は本発明の実施例３による凹凸拡散板９６に設けられたパターンを示す平面図である。実施例３では、直線状をした第１凹凸パターン９７がΛｙの周期で互いに平行に配列されており、また、直線状をした第２凹凸パターン９８がΛｘの周期で互いに平行に配列されている。実施例３では、第１凹凸パターン９７も第２凹凸パターン９８も断面波形状、断面半円状、シリンドリカルレンズ状、断面台形状、三角柱状などに成形されており、第１凹凸パターン９７と第２凹凸パターン９８とは長さ方向が互いに直交するように配置されている。これらのパターンは微細であるので、顕微鏡で見ても、図４７（ｂ）のように格子状に見える。
【００７１】
図４８（ａ）は第１凹凸パターン９７の長さ方向と直交する方向における断面を示す図、図４８（ｂ）は第２凹凸パターン９８の長さ方向と直交する方向における断面を示す図である。図４８に示されているように、第２凹凸パターン９８のパターン高さＨ２は第１凹凸パターン９７のパターン高さＨ１よりも小さく、第２凹凸パターン９８のパターン周期Λｘは、第１凹凸パターン９７のパターン周期Λｙよりも長くなっている。よって、第２凹凸パターン９８は、第１凹凸パターン９７に比べて拡散特性は小さくなっている。
【００７２】
特に、第２凹凸パターン９８のアスペクト比Ｈ２／Λｘは、第１凹凸パターン９７のアスペクト比Ｈ１／Λｙに比べて１／５程度に小さくしている。このような第１凹凸パターン９７と第２凹凸パターン９８との組み合わせにより、ｘ方向の拡散特性をｙ方向の拡散特性に比べて小さくすることができ、輝度もほとんど低下させないようにできる。
【００７３】
よって、第１凹凸パターン９７のつなぎ目における輝度ピークは、第２凹凸パターン９８により光が拡散されることで小さくなり、第２凹凸パターン９８のつなぎ目における輝度ピークも、第１凹凸パターン９７により光が拡散されることで小さくなる。この結果、液晶表示パネルの画素開口の周期と干渉してモアレ縞が生じにくくなる。
【００７４】
また、第１凹凸パターン９７と第２凹凸パターン９８の縦横の組み合わせによりパターンが細かくなるので、液晶表示パネルの各画素開口でパターンが偏りにくくなり、色ちらつきも低減される。特に、色ちらつきを低減するためには、第１凹凸パターン９７の周期Λｙと第２凹凸パターン９８の周期Λｘとの比が、
１／３≦Λｘ／Λｙ≦３
であることが望ましい。より望ましくは、
１／２≦Λｘ／Λｙ≦２
とすればよい。
【実施例４】
【００７５】
図４９は本発明にかかる液晶表示装置１１１を示す概略断面図である。これはたとえば実施例１の面光源装置８１の上に液晶表示パネル１１２を対向させるようにして設置したものである。
【００７６】
上記のように本発明の拡散板によれば、液晶表示装置の画面の輝度を高く保ったまま、モアレ縞や色ちらつきを抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】第１の従来例による面光源装置を示す分解斜視図である。
【図２】第１の従来例による面光源装置の概略断面図である。
【図３】第２の従来例による面光源装置を示す分解斜視図である。
【図４】第２の従来例による面光源装置の概略断面図である。
【図５】同上の面光源装置において、プリズムシートを透過した光の指向特性を示す斜視図である。
【図６】（ａ）は第２の従来例で用いられている凹凸拡散板における拡散パターンの配置を示す平面図、（ｂ）はｚｘ平面と平行な断面における凹凸拡散板の断面形状を示す図、（ｃ）はｙｚ平面と平行な断面における凹凸拡散板の断面形状を示す図である。
【図７】ｙｚ平面における拡散パターンの働きを説明する図である。
【図８】ｚｘ平面における拡散パターンの働きを説明する図である。
【図９】プリズムシートから出射される光の指向特性を示す図である。
【図１０】凹凸拡散板の拡散特性を示す図である。
【図１１】図１０のような拡散特性を有する凹凸拡散板を用いたときに、面光源装置から出射される光の指向特性を示す図である。
【図１２】第３の従来例による面光源装置を示す分解斜視図である。
【図１３】第３の従来例による面光源装置の概略断面図である。
【図１４】同上の面光源装置において、プリズムシートを透過した光の指向特性を示す斜視図である。
【図１５】（ａ）は第３の従来例で用いられている凹凸拡散板の平面図、（ｂ）は（ａ）のＰ１−Ｐ１線に沿った断面図、（ｃ）は（ａ）のＰ２−Ｐ２線に沿った断面図である。
【図１６】プリズムシートから出射される光の指向特性を示す図である。
【図１７】凹凸拡散板の拡散特性を示す図である。
【図１８】図１７のような拡散特性を有する凹凸拡散板を用いたときに、面光源装置から出射される光の指向特性を示す図である。
【図１９】第２の従来例において、液晶表示パネルの表面に発生するモアレ縞を示す図である。
【図２０】実際のモアレ縞を示す図である。
【図２１】液晶表示パネルの画素開口を示す概略平面図である。
【図２２】モアレ縞が発生する理由を説明する図である。
【図２３】液晶表示パネルの表面に発生する色ちらつきを示す図である。
【図２４】（ａ）は図２３のＦ部を拡大して示した図、（ｂ）は赤色、緑色、青色の各画素の発光強度を示す図である。
【図２５】（ａ）（ｂ）は異なるパターンを有する凹凸拡散板の構造を説明する説明図である。
【図２６】（ａ）（ｂ）は同上の凹凸拡散板に設けられている凹部の形状を示す斜視図及び断面図である。
【図２７】（ａ）は凹凸拡散板の働きを説明する図、（ｂ）はその拡散特性を示す図である。
【図２８】凹凸拡散板の拡散特性を示す図である。
【図２９】同上の凹凸拡散板を透過した後の光の指向特性を示す図である。
【図３０】本発明の実施例１による凹凸拡散板を用いた面光源装置を示す分解斜視図である。
【図３１】（ａ）は第１凹凸パターンを示す図、（ｂ）は第２凹凸パターンを示す図、（ｃ）は（ａ）の第１凹凸パターンと（ｂ）の第２凹凸パターンから合成した合成パターンを用いて成形された凹凸拡散板のパターンを示す図である。
【図３２】（ａ）は第１凹凸パターンの作用を説明する図、（ｂ）は第２凹凸パターンの作用を説明する図である。
【図３３】（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）（ｅ）（ｆ）は、第１凹凸パターンと第２凹凸パターンとを合成する方法を説明する図である。
【図３４】合成比率ξを０から１まで変化させたときの、液晶表示装置の画面の輝度と液晶表示パネルの各発光色（Ｒ、Ｇ、Ｂ）の開口間でのコントラストの逆数との変化をシミュレーションした結果を示す図である。
【図３５】（ａ）は凹凸拡散板の合成パターンを顕微鏡で見た画像を示す図、（ｂ）はそのパワースペクトル画像である。
【図３６】図３５（ｂ）のパワースペクトル画像の原点からの距離（空間周波数）を横軸にとり、強度を縦軸にとった表わした図である。
【図３７】顕微鏡を通して凹凸拡散板を撮影する様子を示す図である。
【図３８】凹凸拡散板の合成パターンを表わした拡大図と、ｘ軸方向における輝度の分布を表わした図である。
【図３９】本発明の凹凸拡散板を用いた場合の輝度及び指向特性を表わした図である。
【図４０】第１凹凸パターンのみを設けた凹凸拡散板を用いた場合の輝度及び指向特性を表わした図である。
【図４１】第２凹凸パターンのみを設けた凹凸拡散板を用いた場合の輝度及び指向特性を表わした図である。
【図４２】実施例１の凹凸拡散板を液晶表示パネルに重ねた様子を説明する図である。
【図４３】凹凸拡散板におけるパターンのサイズ比Ｋ／Λｙに対するコントラストの変化を表わした図である。
【図４４】（ａ）は合成パターンのｚｘ平面におけるパターン形状を示す図、（ｂ）はそのｚｘ平面における指向特性を示す図である。
【図４５】（ａ）は合成パターンのｙｚ平面におけるパターン形状を示す図、（ｂ）はそのｙｚ平面における指向特性を示す図である。
【図４６】本発明の実施例２による面光源装置を示す斜視図である。
【図４７】（ａ）は本発明の実施例３による拡散板のパターンを示す概略図、（ｂ）は（ａ）のパターンを顕微鏡で見たときの像を示す図である。
【図４８】（ａ）は第１凹凸パターンの長さ方向と直交する方向における断面を示す図、（ｂ）は第２凹凸パターンの長さ方向と直交する方向における断面を示す図である。
【図４９】本発明の実施例４による液晶表示装置を示す概略図である。
【図５０】図２２に示した凹凸拡散板の顕微鏡写真である。
【図５１】図３８に示した凹凸拡散板の顕微鏡写真である。
【符号の説明】
【００７８】
３２  導光板
３３  発光部
３４  鏡面反射シート
３５  偏向パターン素子
３８  光入射面
４０  光出射面
４２  プリズムシート
５２  導光板
５３  発光部
５４  鏡面反射シート
５５  偏向パターン素子
６０  光出射面
８１  面光源装置
８２  凹凸拡散板
８３  透明基板
８５  第２凹凸パターン
８６  合成パターン
９１  面光源装置
９２  凹凸拡散板
【図１】
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【図２】
2005352400.tif 000004
【図３】
2005352400.tif 000005
【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】
2005352400.tif 000014
【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２１】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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【図４７】
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【図４８】
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【図４９】
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【図２０】
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【図２２】
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【図３５】
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【図３８】
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【図４２】
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【図５０】
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【図５１】
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