(57)【要約】【課題】平凸型フレネルレンズ状の各フレネルレンズ面１ａを領域Ｒごとに傾斜させることにより、各フレネルレンズ面１ａを通過した光を領域Ｒごとにある程度広がりのあるものとすることができる光学シート及びこれを用いたバックライトユニットを提供する。【解決手段】平凸型リニアフレネルレンズ状の光学シート１において、平凸型リニアフレネルレンズ状に分割された各フレネルレンズ面１ａが、隣接する複数のフレネルレンズ面１ａごとに複数の領域Ｒに区分けされると共に、これらの領域Ｒの各フレネルレンズ面１ａが、当該フレネルレンズ面１ａにおける本来の凸型リニアフレネルレンズ状に対応する曲面又はこの曲面に近似させた平面を、領域Ｒが隣接する双方の端部側で逆向きに傾斜させ、かつ、それぞれの端部側ほど大きな角度で傾斜させた面によって形成された構成とする。【選択図】図１
2009133977.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
凸型フレネルレンズ状の光学シートにおいて、
フレネルレンズ状に分割された各フレネルレンズ面が、隣接する複数のフレネルレンズ面ごとに複数の領域に区分けされると共に、
これらの領域の各フレネルレンズ面が、当該フレネルレンズ面における本来の凸型フレネルレンズ状に対応する曲面又はこの曲面に近似させた平面を、領域が隣接する双方の端部側で逆向きに傾斜させ、かつ、それぞれの端部側ほど大きな角度で傾斜させた面によって形成されたことを特徴とする光学シート。
【請求項２】
凸型リニアフレネルレンズ状の光学シートにおいて、
リニアフレネルレンズ状に分割された各フレネルレンズ面が、隣接する複数のフレネルレンズ面ごとに複数の領域に区分けされると共に、
これらの領域の各フレネルレンズ面が、当該フレネルレンズ面における本来の凸型リニアフレネルレンズ状に対応する曲面又はこの曲面に近似させた平面を、領域が隣接する双方の端部側で逆向きに傾斜させ、かつ、それぞれの端部側ほど大きな角度で傾斜させた面によって形成されたことを特徴とする光学シート。
【請求項３】
前記光学シートが拡散剤を含有する透光性材料からなることを特徴とする請求項１又は請求項２のいずれかに記載の光学シート。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の光学シートを１以上の光源の手前側に配置したことを特徴とする光学シートを用いたバックライトユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、凸型フレネルレンズ状の光学シート、及び、この光学シートを用いた液晶ディスプレイ等のバックライトユニットに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
テレビ受像機やパーソナルコンピュータ等に用いられる液晶ディスプレイのバックライトは、液晶パネルの背後に拡散シート等を介して複数本の線光源を配置した直下ライト方式と、液晶パネルの背後に拡散シート等を介して導光板を配置し、この導光板の側方の線光源からの光を液晶パネルの背面に導くエッジライト方式等がある。
【０００３】
テレビ受像機に用いられる液晶ディスプレイにおける直下ライト方式の従来のバックライトユニットは、線光源である直管形のＣＣＦＬ（冷陰極管）を複数本平行に並べた手前側に拡散シート（拡散板）や輝度向上シート等を配置したものであり、この拡散シート等の手前側に液晶パネルが配置される。また、拡散シート等に代えて、又は、これらに加えて、平凸型リニアフレネルレンズ状の光学シートを用いたバックライトユニットも従来からあった（例えば、特許文献１参照。）。平凸型リニアフレネルレンズ状の光学シートを用いると、平凸型シリンドリカルレンズを配置した場合と同様に、直管形のＣＣＦＬから放射状に出射される光を集光して平行光として液晶パネルに導くことができ、しかも、平凸型シリンドリカルレンズよりもレンズ厚を薄くできるので、バックライトユニットの大幅な軽量小型化とコストダウンを図ることができる。
【０００４】
上記光学シートを用いた従来のバックライトユニットの構成例を図７に示す。このバックライトユニットは、光学シート１の下方（背後側）に、長手方向を前後方向に向けた直管型のＣＣＦＬ２を複数本等間隔に左右方向に平行に並べて配置したものであり、これらのＣＣＦＬ２の下方には、下向きに出射された光を有効利用するための反射板３を配置している。そして、液晶パネル４は、この光学シート１の上方（手前側）に配置される。また、この光学シート１の上方の液晶パネル４との間には、拡散シート等が配置される場合もある。光学シート１は、透明な樹脂シートを、直下の各ＣＣＦＬ２に対応させてそれぞれ平凸型リニアフレネルレンズ状に形成したものである。
【０００５】
ここで、図８に示すように、平凸型リニアフレネルレンズ１１は、平凸型シリンドリカルレンズ１２の凸状の上曲面１２ａを、左右方向に直交する面Ｄで複数に分割して下方に押し下げることにより上下方向のレンズ厚を薄くしたレンズである。従って、この平凸型リニアフレネルレンズ１１の上面には、本来の平凸型シリンドリカルレンズ１２の凸状の上曲面１２ａを左右方向に分割したそれぞれの曲面形状を有する複数のフレネルレンズ面１１ａと、隣接する各フレネルレンズ面１１ａの端が段差状になった間を繋ぐ側平面であるフレネル分割面１１ｂとが形成されることになる。
【０００６】
なお、各フレネルレンズ面１１ａは、製造上の都合により、図８に示すように上端の高さが揃うように形成されることが多い。また、図８に示す平凸型リニアフレネルレンズ１１は、図面を見やすくするために、フレネルレンズ面１１ａの分割数を８分割としているが、実際にはさらに多数に分割されるので、レンズ厚も十分に薄くなる（図９も同様）。
【０００７】
上記平凸型リニアフレネルレンズ１１は、平凸型シリンドリカルレンズ１２と同様の集光作用を有するので、下方に配置したＣＣＦＬ２から上方の左右方向に放射状に広がる光を集光して、上向きの平行光として出射する。従って、この平凸型リニアフレネルレンズ１１のフレネルレンズ面１１ａやフレネル分割面１１ｂと同様の形状を１組とし、この形状の組を各ＣＣＦＬ２に対応させて複数左右に並べて上面を形成した光学シート１をバックライトユニットに用いると、この光学シート１から出射して液晶パネル４を通過する光が、パネル面に垂直な上向き成分の多い光となるので、液晶ディスプレイの正面輝度を高めることができるようになる。
【０００８】
ところで、上記平凸型リニアフレネルレンズ１１では、フレネル分割面１１ｂで多数に分割された各フレネルレンズ面１１ａが円筒面等の凸状の曲面となるが、実際には、図９に示すように、この凸状の曲面に近似させた平面によって各フレネルレンズ面１３ａを構成した平凸型リニアフレネルレンズ１３を用いることが多い。この平凸型リニアフレネルレンズ１３は、フレネル分割面１３ｂによって分割された各フレネルレンズ面１３ａが、対応する曲面のフレネルレンズ面１１ａの平均的な傾斜角度、即ちこのフレネルレンズ面１１ａにおける左右方向の中央部付近の傾斜角度を備えた平面によって構成されたものである。
【０００９】
上記平凸型リニアフレネルレンズ１３は、各フレネルレンズ面１３ａの左右方向の中央部付近から出射する光については、対応する曲面のフレネルレンズ面１１ａから出射する光と同様に上方を向く垂直な光となるが、各フレネルレンズ面１３ａの左右方向の端部から出射する光は、曲面との傾斜角度の誤差によって、垂直よりも左右方向に僅かに傾いて広がった光となる。もっとも、フレネルレンズ面１３ａの分割数が十分に多ければ、各フレネルレンズ面１３ａの左右方向の幅が狭くなり、曲面との傾斜角度の誤差も無視できるようになるので、曲面のフレネルレンズ面１１ａを備えた平凸型リニアフレネルレンズ１１と同等の機能を果たすことができる。
【００１０】
ところが、従来の光学シート１を用いたバックライトユニットは、液晶パネル４のパネル面に垂直な上向き成分の多い光が特に多いので、液晶ディスプレイの正面輝度が高くなっても、この正面（真上）から僅かに左右方向に位置がずれただけで輝度が極端に低下するという問題があった。しかも、液晶パネル４が広視野角化を図ったものであったとしても、この広い視野角の周辺部分ではバックライトの輝度が低くなるために、広視野角化の性能を十分に発揮させることができないという問題もあった。
【００１１】
また、光学シート１における各平凸型リニアフレネルレンズ状の部分の中心位置の直下に正確にＣＣＦＬ２が配置されず、左右に位置ずれした場合には、液晶パネル４を通過する光がパネル面に垂直ではなく、少し傾斜した光となるので、最も輝度の高い位置が液晶ディスプレイの真正面から少しずれることになる。このため、液晶ディスプレイの真正面位置での輝度が低下するだけでなく、一部のＣＣＦＬ２のみが位置ずれしていた場合には、液晶ディスプレイの画面上に輝度ムラが生じるという問題もあった。
【００１２】
さらに、従来の光学シート１を用いたバックライトユニットを液晶ディスプレイ以外の他の用途の面光源として用いた場合にも、配光特性が上向き（正面）方向にほとんど限定されるために、用途によっては、高価な拡散シート等を追加して用いる必要が生じるという問題もあった。
【特許文献１】特開２００５−３３８６１１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明は、凸型フレネルレンズ状の各フレネルレンズ面を領域ごとに傾斜させることにより、各フレネルレンズ面を通過した光を領域ごとにある程度広がりのあるものとすることができる光学シート及びこれを用いたバックライトユニットを提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
請求項１の光学シートは、凸型フレネルレンズ状の光学シートにおいて、フレネルレンズ状に分割された各フレネルレンズ面が、隣接する複数のフレネルレンズ面ごとに複数の領域に区分けされると共に、これらの領域の各フレネルレンズ面が、当該フレネルレンズ面における本来の凸型フレネルレンズ状に対応する曲面又はこの曲面に近似させた平面を、領域が隣接する双方の端部側で逆向きに傾斜させ、かつ、それぞれの端部側ほど大きな角度で傾斜させた面によって形成されたことを特徴とする。
【００１５】
請求項２の光学シートは、凸型リニアフレネルレンズ状の光学シートにおいて、リニアフレネルレンズ状に分割された各フレネルレンズ面が、隣接する複数のフレネルレンズ面ごとに複数の領域に区分けされると共に、これらの領域の各フレネルレンズ面が、当該フレネルレンズ面における本来の凸型リニアフレネルレンズ状に対応する曲面又はこの曲面に近似させた平面を、領域が隣接する双方の端部側で逆向きに傾斜させ、かつ、それぞれの端部側ほど大きな角度で傾斜させた面によって形成されたことを特徴とする。
【００１６】
請求項３の光学シートは、前記光学シートが拡散剤を含有する透光性材料からなることを特徴とする。
【００１７】
請求項４のバックライトユニットは、前記光学シートを１以上の光源の手前側に配置したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
請求項１の発明によれば、凸型フレネルレンズ状によって光学シート全体としては集光作用を有するが、複数に区分けされた各領域ごとに各フレネルレンズ面が端部側ほど傾斜しているので、これらの各領域ごとに光をある程度拡散させることができる。このため、光学シートの各フレネルレンズ面を通過した光は、それぞれ凸型フレネルレンズ状によって本来出射すべき方向よりも、各領域ごとに周囲にある程度広がって出射するようになる。従って、例えばこの光学シートを面照明装置等に用いた場合には、配光特性にある程度広がりを持たせることができるので、高価な拡散シート等を追加して用いる必要がなくなる。
【００１９】
しかも、この発明は、拡散シート等を追加したり、光学シートに光拡散剤を含有させ、又は、シート面を粗面にすること等により光を無指向的に拡散させるのではなく、意図的に例えば−３０°〜＋３０°等の特定の範囲に光を分散させることができるので、例えば液晶パネルの視野角等に合わせて配光特性の広がりを任意に調整するようなこともでき、光の利用効率を低下させることなく視認性を向上させたり輝度ムラをなくすことができる。
【００２０】
請求項２の発明によれば、凸型リニアフレネルレンズ状によって光学シート全体としては幅方向に集光作用を有するが、複数に区分けされた各領域ごとに各フレネルレンズ面が端部側ほど傾斜しているので、これらの各領域ごとに光を幅方向にある程度拡散させることができる。このため、光学シートの各フレネルレンズ面を通過した光は、それぞれ凸型リニアフレネルレンズ状によって本来出射すべき方向よりも、各領域ごとに周囲にある程度広がって出射するようになる。従って、例えばこの光学シートを面照明装置等に用いた場合には、幅方向の配光特性にある程度広がりを持たせることができるので、高価な拡散シート等を追加して用いる必要がなくなる。
【００２１】
しかも、この発明は、拡散シート等を追加したり、光学シートに光拡散剤を含有させ、又は、シート面を粗面にすること等により光を無指向的に拡散させるのではなく、意図的に例えば−３０°〜＋３０°等の特定の範囲に光を分散させることができるので、例えば液晶パネルの視野角等に合わせて配光特性の広がりを任意に調整するようなこともでき、光の利用効率を低下させることなく視認性を向上させたり輝度ムラをなくすことができる。
【００２２】
請求項３の発明によれば、光学シートが拡散剤を含有するので、このシート内で光を十分に拡散させることができ、高価な拡散シート等を追加して用いる必要がなくなる。
【００２３】
請求項４の発明によれば、光学シートが全体として集光作用を有すると共に、各領域ごとに光を拡散させるので、正面輝度が周囲で急に低下するようなことがなくなり、バックライトユニットの光源の配置位置がずれた場合にも、正面位置での輝度の低下を緩和したり輝度ムラを抑制することができる。また、このバックライトユニットを液晶ディスプレイに用いた場合には、広視野角化を図った液晶パネルの性能を無駄なく発揮させることができるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明の最良の実施形態について図１〜図６を参照して説明する。なお、これらの図においても、図７〜図９に示した従来例と同様の機能を有する構成部材には同じ番号を付記する。
【００２５】
本実施形態は、図７に示した従来例と同様に、液晶ディスプレイにおける直下ライト方式のバックライトユニットであって、平凸型リニアフレネルレンズ状の光学シート１を用いたものについて説明する。本実施形態のバックライトユニットは、光学シート１の構成を除けば、図７に示した従来例と同様であり、この光学シート１の下方に、長手方向を前後方向に向けた直管型のＣＣＦＬ２を複数本等間隔に左右方向に平行に並べて配置している。また、これらのＣＣＦＬ２の下方には反射板３を配置している。そして、液晶パネル４は、この光学シート１の上方（手前側）に配置される。
【００２６】
本実施形態の光学シート１も、透明な樹脂シートを、直下の各ＣＣＦＬ２に対応させてそれぞれ平凸型リニアフレネルレンズ状に形成したものであるということは図７に示した従来例と同様である。従って、この光学シート１は、図１に示すように、平面状の下面を有すると共に、平凸型シリンドリカルレンズの凸状の上曲面を一定のピッチで左右方向に複数に分割した各曲面に対応する複数のフレネルレンズ面１ａと、隣接する各フレネルレンズ面の端が段差状になった間を繋ぐ側平面であるフレネル分割面１ｂとからなる平凸型リニアフレネルレンズ状の上面を有する。なお、このフレネルレンズ面の分割ピッチは、微少すぎて製造が困難になったり、光学シート１が高価になりすぎるようなことがないように０．０１ｍｍ以上であることが好ましく、光学シート１のシート厚を十分に薄くすることができるように、１．０ｍｍ以下であることが好ましい。
【００２７】
上記光学シート１の平凸型リニアフレネルレンズ状の上面は、各ＣＣＦＬ２の上方の範囲ごとに、１つの凸状の上曲面を備えた平凸型シリンドリカルレンズに対応したフレネルレンズ面１ａとフレネル分割面１ｂが形成されている。ただし、図１は、この光学シート１における１本のＣＣＦＬ２に対応する平凸型リニアフレネルレンズ状の部分のさらに右端部付近を拡大して示している。
【００２８】
従来例では、図８や図９に示すように、各フレネルレンズ面１１ａ，１３ａが平凸型シリンドリカルレンズに対応した凸状の曲面、又は、この曲面に近似させた平面によって構成されている。しかしながら、本実施形態の光学シート１のフレネルレンズ面１ａは、これらの凸状の曲面や平面を領域Ｒごとに傾斜させたことを特徴とする。なお、本実施形態では、図１〜図３に示すように、各フレネルレンズ面１ａが平面によって構成される場合について説明する。
【００２９】
上記光学シート１の領域Ｒは、図１に示すように、この光学シート１における各ＣＣＦＬ２の上方のそれぞれの範囲について、隣接する複数のフレネルレンズ面１ａごとに左右方向に多数に区分けしたものである。なお、図１では、図面を分かりやすくするために、隣接する３箇所のフレネルレンズ面１ａごとに各領域Ｒを区分けしているが、実際には、さらに多数のフレネルレンズ面１ａごとに区分けすることが好ましい。
【００３０】
それぞれの領域Ｒの各フレネルレンズ面１ａは、当該フレネルレンズ面１ａにおける本来の凸型フレネルレンズ状に対応する曲面に近似させた平面を、左右方向の双方の端部側で逆向きに傾斜させ、かつ、それぞれの端部側ほど大きな角度で傾斜させた面によって形成される。
【００３１】
ここで、フレネルレンズ面１ａにおける本来の凸型フレネルレンズ状に対応する曲面に近似させた平面が傾斜するレンズ角度θｆの求め方を図２に基づいて説明する。空気中の屈折率をＮ０（≒１）、光学シート１の屈折率をＮ１とし、ＣＣＦＬ２からの光が光学シート１の下面に入射する角度をθ１、この光が光学シート１の下面から入射した角度をθ２とすると、これらの間には数１の関係があり、
【数１】
2009133977.tif 000003
この数１から角度θ２は、数２により求めることができる。
【数２】
2009133977.tif 000004
【００３２】
また、光学シート１に入射した光がフレネルレンズ面１ａから出射しようとする角度をθ３、この光がフレネルレンズ面１ａから出射した角度をθ４とすると、これらの間には数３の関係がある。
【数３】
2009133977.tif 000005
さらに、ここでのフレネルレンズ面１ａのレンズ角度θｆは、このフレネルレンズ面１ａから出射した光が垂直となるようにすることが目的であるため、角度θ４と一致する。そして、角度θ３＝θ４−θ２の関係にあるので、数３にこれらの関係を代入すると数４となる。
【数４】
2009133977.tif 000006
【００３３】
従って、この数４の角度θ２に数２を代入すれば、フレネルレンズ面１ａのレンズ角度θｆは、ＣＣＦＬ２からの光が光学シート１の下面に入射する角度θ１によって定まることになる。そして、各フレネルレンズ面１ａについて、左右方向の中央部付近から出射する光が光学シート１の下面に入射するときの角度θ１をそれぞれ調べれば、各フレネルレンズ面１ａのレンズ角度θｆを求めることができる。
【００３４】
本実施形態の光学シート１は、上記フレネルレンズ面１ａのレンズ角度θｆを、領域Ｒの左右方向の双方の端部側で逆向きに傾斜させ、かつ、それぞれの端部側ほど大きな角度で傾斜させる。具体的には、領域Ｒの中央を中心に、右側のフレネルレンズ面１ａのレンズ角度θｆは図示右回転方向に傾斜させ、左側のフレネルレンズ面１ａのレンズ角度θｆは図示左回転方向に傾斜させるので、これら左右方向の双方の端部側のフレネルレンズ面１ａのレンズ角度θｆは、領域Ｒの中央に向けて内向きに傾斜させることになる。また、このレンズ角度θｆを傾斜させる角度は、領域Ｒの中央ほど小さく、左右方向の端部側ほど大きくなるようにする。
【００３５】
図３に、領域Ｒの中央より右側にあるフレネルレンズ面１ａを傾斜させる場合を示す。この場合、フレネルレンズ面１ａのレンズ角度θｆは、上記数４と数２で求めた本来の平面Ｐよりも内向き、即ち右回転方向に傾斜させる。従って、フレネルレンズ面１ａから角度θ４で出射する光は、上向きの垂直ではなく、角度θｄだけ外側、即ち右側に傾き、上記数４は、次に示す数５のように書き換えられる。
【数５】
2009133977.tif 000007
このため、角度θｄが与えられれば、この数５の角度θ２に上記数２を代入することにより、本実施形態のフレネルレンズ面１ａのレンズ角度θｆを求めることができる。即ち、角度θｄをフレネルレンズ面１ａごとに定数として定めれば、レンズ角度θｆは角度θ１の関数となる。
【００３６】
各フレネルレンズ面１ａから出射する光の傾きの角度θｄは、光学シート１の設計の際に適宜定めることができる。例えば、領域Ｒの中央では角度θｄを０とし（光は上方に垂直に出射）、左右方向の端部側ほどこの角度θｄの正負の値を均等に大きくして左右方向に広がって出射させるようにする場合には、数６と数７によって定めることができる。即ち、当該フレネルレンズ面１ａが領域Ｒの中央からｎ個だけ右方向にずれた位置にある場合には数６で定め、
【数６】
2009133977.tif 000008
このフレネルレンズ面１ａが領域Ｒの中央からｎ個だけ左方向にずれた位置にある場合には数７で定める。
【数７】
2009133977.tif 000009
ここで、θｍａｘは、フレネルレンズ面１ａから出射する光の傾きの角度θｄの最大値として定めた角度であり、図４に示すように、領域Ｒにおける左右方向の両端のフレネルレンズ面１ａ（図４では各フレネルレンズ面１ａは細かすぎるので符号を示していない）から出射する光の傾きの角度θｄに一致する。また、Ｌｗは領域Ｒの左右方向の幅（ｍｍ）、Ｌｐは各フレネルレンズ面１ａの左右方向の幅（分割ピッチ：ｍｍ）であり、Ｌｗ／Ｌｐは、領域Ｒ内にあるフレネルレンズ面１ａの数（総数）を示すことになる。
【００３７】
この結果、図４に示すように、ＣＣＦＬ２からの光が光学シート１を通過すると、各領域Ｒの中央にあるフレネルレンズ面１ａから出射する光は、従来例と同様に角度θｄが０となり垂直な上向きとなるが、各領域Ｒ内の右方向の端部側にあるフレネルレンズ面１ａほど、角度θｄの正の値が大きくなり、右斜め上向きに傾いた光が出射し、各領域Ｒ内の左方向の端部側にあるフレネルレンズ面１ａほど、角度θｄの負の値の絶対値が大きくなり、左斜め上向きに傾いた光が出射する。即ち、フレネルレンズ面１ａの本来のレンズ角度θｆに対する本実施形態でのレンズ角度θｆの傾斜分だけを考えれば、これらの傾斜分は、領域Ｒごとに凹型リニアフレネルレンズ状の機能を有するからである。また、このため、１本のＣＣＦＬ２に対応する平凸型リニアフレネルレンズ状の中心部付近の領域Ｒでは、本来のレンズ角度θｆがもともと極めて小さく水平面に近いので、これらの領域Ｒ内については、本来のレンズ角度θｆを傾斜させることにより、現実には平凹型リニアフレネルレンズ状のように見える場合もある。しかしながら、この場合であっても、１本のＣＣＦＬ２に対応する範囲の全体としては平凸型リニアフレネルレンズ状である。
【００３８】
上記構成により、本実施形態の光学シート１は、全体としては平凸型リニアフレネルレンズ状の左右方向の集光作用により、ＣＣＦＬ２から左右方向に放射状に広がる光を垂直な上向きの平行光に集光しようとするが、複数に区分けされた各領域ごとに各フレネルレンズ面１ａが端部側ほど本来の角度よりも傾斜させているので、これらの各領域Ｒごとに光を左右方向に最大で角度θｍａｘまで拡散させて出射することになる。従って、この光学シート１の各フレネルレンズ面１ａから出射した光は、平凸型リニアフレネルレンズ状によって本来出射する方向の周囲にある程度広がって出射するようになる。
【００３９】
また、本実施形態のバックライトユニットは、光学シート１から出射する光が垂直な上向きよりも左右方向にある程度広がりを有するので、液晶パネル４の正面から左右に移動した場合に輝度が急に低下するというようなことがなくなり、この液晶パネル４が広視野角化を図った場合にも、この広視野角化の性能を無駄なく発揮させることができるようになる。また、ＣＣＦＬ２の配置が左右方向にずれた場合にも、液晶パネル４の正面位置での輝度の低下を緩和することができ、一部のＣＣＦＬ２の配置のみがずれた場合にも、輝度ムラが発生するのを防止することができるようになる。
【００４０】
しかも、この光学シート１から出射する光は、拡散シートや光拡散剤等による無指向的な拡散ではなく、垂直な上向きよりも左右方向に角度θｍａｘの範囲で意図的に拡散されるので、例えば広視野角化を図った液晶パネル４の広い視野角に合わせて配光特性の広がりを任意に調整することができ、光の利用効率を低下させることなく、視角度の変化に応じた視認性の低下を防止することができる。
【００４１】
なお、各領域Ｒ内にあるフレネルレンズ面１ａの数は、このフレネルレンズ面１ａごとにレンズ角度θｆの傾斜が離散的になることによる光の拡散ムラを少なくするために、５箇所以上であることが好ましく、領域Ｒの左右方向の幅が広くなりすぎて光が左右方向に拡散する単位にムラが生じるのを防ぐために、１００箇所以下であることが好ましい。また、光の拡散の単位にムラが生じるのを防ぐために、領域Ｒの左右方向の幅（Ｌｗ）も１０ｍｍ以下とすることが望ましい。各領域Ｒ内にあるフレネルレンズ面１ａの数を１０箇所とすると、各フレネルレンズ面１ａの分割ピッチ（Ｌｐ）を０．０１ｍｍ以上、１．０ｍｍ以下にした場合に、領域Ｒの左右方向の幅は０．１ｍｍ以上、１０ｍｍ以下となる。
【００４２】
ここで、各領域Ｒごとに光を左右方向に拡散させる最大角度θｍａｘは、これが大きすぎるとレンズ角度θｆも大きくなるので、光学シート１と空気の屈折率の違いによる光の透過率（反射率）を考慮して定める必要がある。ＣＣＦＬ２からの光が光学シート１の下面から入射するときの透過率Ｔｉｎは数８で示される。
【数８】
2009133977.tif 000010
光の透過率Ｔは、反射率Ｒの反数であるため、Ｔ＝１−Ｒの関係にある。また、このような光の透過率や反射率を求める場合、入射面に平行なｐ波成分と垂直なｓ波成分に分けて考える必要があるので、数８では、まずｐ波成分の反射率Ｒｐ−ｉｎとｓ波成分の反射率Ｒｓ−ｉｎを求めて、次にそれぞれの透過率の平均から透過率Ｔｉｎを求める。
【００４３】
そして、光学シート１内の光がフレネルレンズ面１ａから出射するときの透過率Ｔｅｘｔは数９で示される。
【数９】
2009133977.tif 000011
この場合も、まずｐ波成分の反射率Ｒｐ−ｅｘｔとｓ波成分の反射率Ｒｓ−ｅｘｔを求めて、次にそれぞれの透過率の平均から透過率Ｔｅｘｔを求める。
【００４４】
光学シート１を通過した光の透過率は、これら数８による透過率Ｔｉｎと数９による透過率Ｔｅｘｔとの積で示される。このため、各フレネルレンズ面１ａごとの図３に示した角度θ１〜θ４の相違によるこの透過率の差が明暗ムラとならない程度に、光学シート１の平凸型リニアフレネルレンズ状やバックライトユニットの設計を行う必要があり、その際に最大角度θｍａｘの大きさも制限される。
【００４５】
また、この最大角度θｍａｘは、光学シート１内の光がフレネルレンズ面１ａから出射するときに全反射が起こらないような角度にする必要もある。この全反射が起こる条件は数１０で示される。
【数１０】
2009133977.tif 000012
従って、最大角度θｍａｘの大きさも、図３に示す角度θ３がこの数１０を満たす値以下となるように制限される。
【００４６】
これら透過率や全反射を考慮した結果、上記最大角度θｍａｘは、レンズ角度θｆが大きくなりすぎないようにするために、マージンも含めて数１１に示す角度を上限とすることが好ましい。
【数１１】
2009133977.tif 000013
光学シート１にポリカーボネート（屈折率１．５８８６）を用いた場合のこの最大角度θｍａｘの上限は約４０°（−４０°〜＋４０°）となる。そして、本実施形態で示した液晶ディスプレイのバックライトユニットに用いる光学シート１の場合の最大角度θｍａｘは、３０°（−３０°〜＋３０°）程度あれば十分に拡散の効果を得ることができる。ただし、１本のＣＣＦＬ２に対応する平凸型リニアフレネルレンズ状の端部では、本来のレンズ角度θｆが特に大きくなるので、この最大角度θｍａｘの制限が厳しくなりすぎる場合もある。そこで、平凸型リニアフレネルレンズ状の中心部と端部とでこの最大角度θｍａｘの上限を変更して、端部側の領域Ｒほど最大角度θｍａｘの上限を小さくするようにしてもよい。
【００４７】
なお、上記実施形態の光学シート１では、各領域Ｒの中央のフレネルレンズ面１ａでは、角度θｄを０°として、出射光が垂直な上向きの光となるようにしていたが、例えば領域Ｒ内にあるフレネルレンズ面１ａの数が偶数である場合には、各領域Ｒの中央に最も近い左右方向に隣接する２箇所のフレネルレンズ面１ａにおいても、角度θｄが０°とならず、正負に僅かに傾いた角度となるので、この角度θｄが０°となるフレネルレンズ面１ａが必ず存在するとは限らない。
【００４８】
また、上記実施形態の光学シート１では、領域Ｒの左右方向の端部側のフレネルレンズ面１ａのレンズ角度θｆを、この領域Ｒの中央に向けて内向きに傾斜させる場合を示したが、これとは逆に、領域Ｒの左右方向の端部側のフレネルレンズ面１ａのレンズ角度θｆを、この領域Ｒの中央とは反対側に外向きに傾斜させることもできる。この場合、レンズ角度θｆの外向きの傾斜分だけを考えれば、これらの傾斜分は、領域Ｒごとに凸型リニアフレネルレンズ状の機能を有するため、図５に示すように、各領域Ｒから出射した光は、本来垂直な平行光として出射されるものが光学シート１の直ぐ上方で一旦左右方向に集光されるが、さらにその上方では逆向きの左右方向に拡散するので、図４に示す光学シート１と同様の効果を得ることができる。
【００４９】
また、上記実施形態の光学シート１では、垂直方向に対して角度θｄだけ傾いた光がフレネルレンズ面１ａから出射されるように、本来のレンズ角度θｆを傾斜させる場合を示したが、垂直な平行光を出射する目的以外で光学シート１を用いる場合には、もともと傾いている本来の出射光の方向に対して角度θｄだけさらに傾いた光がフレネルレンズ面１ａから出射されるように、本来のレンズ角度θｆを傾斜させればよい。
【００５０】
また、上記実施形態の光学シート１では、各フレネルレンズ面１ａが平面で構成される場合を示したが、このような平面に近似する前の円柱面等の曲面で構成されていてもよい。この場合、各フレネルレンズ面１ａの曲面全体を、出射光が角度θｄだけ傾くように傾斜させればよい。
【００５１】
また、上記実施形態の光学シート１では、フレネル分割面１ｂが左右方向に直交する垂直な平面である場合を示したが、これらのフレネル分割面１ｂは、必ずしも垂直な平面である必要はなく、左右方向に傾斜した平面や、このような平面に近い湾曲面であってもよく、さらに、前後方向にも真っ直ぐである必要はなく、途中で折れ曲がったり湾曲していてもよい。例えば、１本のＣＣＦＬ２に対応する平凸型リニアフレネルレンズ状の各フレネル分割面１ｂが左右方向の両端部ほど左右方向の外側に広がるように傾斜した平面となるようにすれば、ＣＣＦＬ２から左右方向に放射状に広がって出射される光が各フレネル分割面１ｂに遮られて光の利用効率が低下するのを防止することができる。
【００５２】
また、上記実施形態の光学シート１では、この光学シート１が透明な樹脂シートからなる場合を示したが、光を透過する透光性を有するものであればよいので、必ずしも透明である必要はない。このような光学シート１の樹脂シートとしては、ポリカーボネート、ポリエステル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリオレフィン共重合体（例えばポリ−４−メチルペンテン−１等）、ポリ塩化ビニル、環状ポリオレフィン（例えばノルボルネン構造等）、アクリル樹脂、ポリスチレン、アイオノマー、スチレン−メチルメタクリレート共重合樹脂（ＭＳ樹脂）等の透光性の熱可塑性樹脂からなるものが使用できる。光学シート１の厚さは特に限定されるものではなく、原シートのヘーズが６７％以上、９３％未満程度のものであればよく、一般的には厚さ０．３〜５ｍｍ程度のものが好適に使用される。
【００５３】
特に、上記の熱可塑性樹脂からなる樹脂シートの中でも、ポリカーボネート、ポリエステル（特にポリエチレンテレフタレート）、環状ポリオレフィンからなるものは、耐熱性が良好であり、バックライトユニットに用いられた際にＣＣＦＬ２からの放熱によって変形や皺等を生じ難いので好ましく使用される。特に、ポリカーボネートからなる樹脂シートは、ポリカーボネート自体が透明性の良好な樹脂であり、吸湿性が少なく、高輝度で、反りが少ないため、極めて好ましく使用される。
【００５４】
また、上記実施形態の光学シート１は、例えば両面がフラットな樹脂シートを型で押さえ付けて成形するプレス製法を用いて作製することができるが、他のプレス製法や、型ロールを通すことによる成形方法、押し出し成形による成形方法等、任意の製法で作製してもよい。
【００５５】
また、上記実施形態の光学シート１の樹脂シートは、成形に必要な安定剤、滑剤、耐衝撃改良剤、抗酸化剤、紫外線吸収剤、光安定剤、帯電防止剤、着色剤、蛍光増白剤等が適宜含有されていてもよい。さらに、多層構成をもつ光拡散シートにおいては、これらの添加剤は基材層と表面層の間で、添加剤の種類や配合比率を適宜変更してもよい。
【００５６】
また、上記実施形態の光学シート１の樹脂シートは、光拡散剤が含有されていてもよい。この光拡散剤としては、樹脂シートの樹脂材料との光屈折率が異なる無機質粒子、金属酸化物粒子、有機ポリマー粒子等が単独で又は適宜組合わせて使用される。無機質粒子としては、ガラス［Ａガラス（ソーダ石灰ガラス）、Ｃガラス（硼珪酸ガラス）、Ｅガラス（低アルカリガラス）］、シリカ、マイカ、合成マイカ、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、硫酸バリウム、タルク、モンモリロナイト、カオリンクレー、ベントナイト、ヘクトライト、シリコーン等の粒子が使用される。そして、金属酸化物としては、酸化チタン、酸化亜鉛、アルミナ等の粒子が使用され、また、有機ポリマー粒子としては、アクリルビーズ、スチレンビーズ、ベンゾグアナミン等の粒子が使用される。このような光拡散剤を含有していれば、光学シート１内で光を十分に拡散させることができるので、バックライトユニットに高価な拡散シート等を追加して用いる必要がなくなる。
【００５７】
上記光拡散剤は、その平均粒径が０．１〜１００μｍ、好ましくは０．５〜５０μｍ、更に好ましくは１〜３０μｍであるものが使用される。粒径が０．１μｍより小さい光拡散剤は、凝集しやすいため分散性が悪く、均一に分散できたとしても光の波長の方が大きいので光散乱効率が悪くなる。それゆえ、０．５μｍ以上の、更には１μｍ以上の大きさの粒子が好ましいのである。一方、粒径が１００μｍより大きい光拡散剤は、光散乱が不均一になったり、光線透過率が低下したり、粒子が肉眼で見えたりするようになる。このため、５０μｍ以下の粒子、特に３０μｍ以下の粒子が好ましい。
【００５８】
また、上記実施形態の光学シート１では、この光学シート１が樹脂シートである場合を示したが、透光性材料からなるシート状（薄板状も含む）のものであればよいので、薄板状のガラス等であってもよい。
【００５９】
また、上記実施形態の光学シート１では、この光学シート１が平凸型リニアフレネルレンズ状である場合を示したが、両面が凸型のリニアフレネルレンズ状や、裏面が凹型であり全体として凸レンズを構成するリニアフレネルレンズ状でもよく、これらの凸型リニアフレネルレンズ状一般に実施可能である。
【００６０】
また、上記実施形態の光学シート１では、この光学シート１が左右方向にのみ集光作用を有する凸型リニアフレネルレンズ状である場合を示したが、前後左右方向に均等に集光作用を有する通常の球面や非球面の凸レンズに対応する凸型フレネルレンズ状の光学シートや、その他の集光作用を有する凸型フレネルレンズ状の光学シートにも同様に実施可能である。さらに、光学シートの形状も方形や円形状に限らず、多角形や楕円等、任意の形状とすることができる。
【００６１】
また、上記実施形態のバックライトユニットでは、光源として直管型のＣＣＦＬ２を用いる場合を示したが、必ずしも直管型である必要はなく、例えばＵ字管等を用いることもできる。さらに、必ずしもＣＣＦＬ２である必要はなく、一般照明用の蛍光管と同様の熱陰極管等を用いたり、ＬＥＤ（発光ダイオード）を並べて用いることもでき、光源の種類は限定されない。しかも、光源は、線光源である必要もなく、例えば通常の円形の凸レンズに対応する光学シート等の場合には、点光源を用いることが多い。さらに、反射板３も必須ではなく、例えば上記実施形態のＣＣＦＬ２の下方に別の光学シート１を配置して、上下双方に光を供給することも可能である。
【００６２】
また、上記実施形態のバックライトユニットは、光学シート１の上方に直接液晶パネル４を配置する場合を示したが、この光学シート１の上方及び／又は下方には、拡散シート等を配置することもできる。さらに、上記実施形態のバックライトユニットは、液晶パネル４以外のバックライトとして用いることもできる。
【実施例】
【００６３】
上記実施形態で示した光学シート１の実施例と、従来例で示した光学シート１の比較例を作製した。そして、これらの光学シート１を用いたバックライトユニットにおいて、視野角を正面位置から左右方向に変化させたときの輝度の変化を測定した結果を表１に示すと共に、この測定結果をグラフにしたものを図６に示す。
【００６４】
【表１】
2009133977.tif 000014
【００６５】
ここで、光学シート１は、屈折率が１．５８８６のポリカーボネートを用いた。また、この光学シート１は、各フレネルレンズ面１ａの分割ピッチ（Ｌｐ）を０．５ｍｍとし、レンズ厚を１．５０ｍｍとした。さらに、実施例の光学シート１は、領域Ｒごとのフレネルレンズ面１ａの傾斜による最大の拡散角度θｍａｘを３０°とした。なお、比較例の光学シート１の各フレネルレンズ面１ａは、本来のレンズ角度θｆのままである。バックライトユニットは、光学シート１とＣＣＦＬ２との上下方向の距離を２０ｍｍとし、各ＣＣＦＬ２間の距離を３０ｍｍとした。そして、このバックライトユニットの正面位置（真上）を視野角０°とし、左方向と右方向を負方向と正方向として、それぞれ１０°間隔で±５０°までの間の輝度を測定した。測定結果は、実施例と比較例の最大輝度（正面輝度）をそれぞれ１として正規化して示している。
【００６６】
この表１と図６から明らかなように、比較例では、視野角が正面位置から左右方向に±１０°ずれただけでも輝度が最大値の５％まで大幅に低下しているのに対して、実施例では、左右方向へのずれに伴う輝度の低下が緩やかであり、±２０°ずれた場合でも最大輝度の８０％を維持していることが分かった。
【００６７】
また、上記実施例の正面輝度は８２６０ｎｉｔであったの対して、拡散シートを用いた別の比較例の正面輝度は２４００ｎｉｔであり、拡散シートによって大幅に輝度が低下していることも分かった。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】本発明の一実施形態を示すものであって、バックライトユニットに用いられる光学シートの部分拡大縦断面正面図である。
【図２】本発明の一実施形態を示すものであって、図１に示す光学シートにおいて、各フレネルレンズ面の元の平面のレンズ角度の算出方法を示す部分拡大縦断面正面図である。
【図３】本発明の一実施形態を示すものであって、図１に示す光学シートにおいて、各フレネルレンズ面を傾斜させたときのレンズ角度の算出方法を示す部分拡大縦断面正面図である。
【図４】本発明の一実施形態を示すものであって、光学シートによる各領域ごとの出射光の拡散作用を示す部分拡大正面図である。
【図５】本発明の一実施形態を示すものであって、光学シートによる各領域ごとの出射光を一旦集光させた後の拡散作用を示す部分拡大正面図である。
【図６】本発明の実施例を示すものであって、実施例と比較例の光学シートにおける視野各に対する輝度の変化を示すグラフである。
【図７】光学シートを用いたバックライトユニットの構成を示す分解斜視図である。
【図８】従来例を示すものであって、平凸型リニアフレネルレンズを、対応する平凸型シリンドリカルレンズと共に示す縦断面正面図である。
【図９】従来例を示すものであって、図８に示す平凸型リニアフレネルレンズにおいて、各フレネルレンズ面が平面で構成された場合を示す縦断面正面図である。
【符号の説明】
【００６９】
１    光学シート
１ａ  フレネルレンズ面
１ｂ  フレネル分割面
２    ＣＣＦＬ
３    反射板
４    液晶パネル
１１    平凸型リニアフレネルレンズ
１１ａ  フレネルレンズ面
１１ｂ  フレネル分割面
１２    平凸型シリンドリカルレンズ
１２ａ  上曲面
１３    平凸型リニアフレネルレンズ
１３ａ  フレネルレンズ面
１３ｂ  フレネル分割面
Ｒ    領域
【図１】
2009133977.tif 000015
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2009133977.tif 000019
【図６】
2009133977.tif 000020
【図７】
2009133977.tif 000021
【図８】
2009133977.tif 000022
【図９】
2009133977.tif 000023