マイクロレンズアレイシート
【課題】マイクロレンズアレイシートの隠蔽性を向上させることが可能なマイクロレンズアレイシートおよびその製造方法を提供する。
【解決手段】光を透過する基板１０と、前記基板１０の一方面に配置される複数の単位レンズ１１と、を有し、前記単位レンズ１１同士の間の隙間に凹状の曲面である凹曲面１２が形成され、当該凹曲面１２が単位レンズ１１の光軸に沿う中心軸Ｘに対して非回転対称に形成された、バックライト用のマイクロレンズアレイシート１である。
【解決手段】光を透過する基板１０と、前記基板１０の一方面に配置される複数の単位レンズ１１と、を有し、前記単位レンズ１１同士の間の隙間に凹状の曲面である凹曲面１２が形成され、当該凹曲面１２が単位レンズ１１の光軸に沿う中心軸Ｘに対して非回転対称に形成された、バックライト用のマイクロレンズアレイシート１である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロレンズアレイシートに関し、特に、液晶表示装置などの透過型表示装置を背面から照明する照明装置に使用されるマイクロレンズアレイシートに関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶表示装置（ＬＣＤ）は、他の平板表示装置（ＦＰＤ）と異なり自発光デバイスではないため、冷陰極線管（ＣＣＦＬ）やＬＥＤなどの照明装置からの光を拡散板によって拡散させ、均一な照明とした後、光源の光の透過率を制御することで、画像を形成している。
【０００３】
近年、ＬＣＤＴＶの低下価格化や薄型化が求められ、光源の数を減らしたり、光源と拡散板及び液晶パネルとの間の距離を短くしたりする結果、従来のように拡散板による拡散のみでは、光源の明暗が縞状に透けて見えてしまう場合がある。
【０００４】
光源の透けを防止するため、拡散板に白ドットや白ストライプを印刷したり、拡散板の曇度（ヘイズ）を大きくしたり、さらに拡散板を追加する方法等がとられている。しかしながら、白ドット／白ストライプを印刷する方法は、光源との位置合わせが必要で、また、拡散板に後加工で印刷する必要があり、製造が複雑化し、コストアップにつながる。一方、拡散板のヘイズを大きくしたり、拡散板を追加する方法は、輝度低下やコストアップにつながる。
【０００５】
また、輝度を向上させるために、透明基板上に凸状の微小なマイクロレンズを複数配置したマイクロレンズアレイシートを、液晶表示装置に用いる方法がある。マイクロレンズアレイシートを用いた液晶表示装置では、光源から照射された光が、拡散板で一旦拡散された後にマイクロレンズアレイシートでコリメートされ、液晶パネルへ入射される。
【０００６】
マイクロレンズアレイシートの例として、以下の特許文献１〜４が挙げられる。特許文献１〜４に記載のマイクロレンズアレイシートは、透明平板に凸状の曲面形状のマイクロレンズが複数配置されている。
【０００７】
一方、引用文献５には、凸状の曲面形状の間に凹状の曲面形状を形成したレンチキュラーレンズシートが記載されているが、一方向に一定断面を有するシリンドリカルレンズが適用されている。
【０００８】
また、特許文献６，７には、光の利用効率を向上させるためにマイクロレンズアレイシートのレンズ形状を非球面形状とすることが開示されている。これらの非球面形状のマイクロレンズは、レンズの裾が凹状の曲面形状に形成されているが、これらの発明は、開口部（受光部）へ導く光の利用率を向上させることが目的のため、これら凹状曲面部においても、マイクロレンズと中心軸を共有する回転対称に形成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特表２００８−５２７６２７号公報
【特許文献２】特表２００６−５００６２１号公報
【特許文献３】特開２００５−５５４８５号公報
【特許文献４】特開平３−７３９５４号公報
【特許文献５】特開平１１−３８２０３号公報
【特許文献６】特開２００２−１２２７０７号公報
【特許文献７】特開平４−３０３８０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
マイクロレンズアレイシートは、通常、輝度向上のために用いられるが、バックライトのＣＣＦＬ起因の明暗斑を見えにくくする作用（隠蔽性）については、もっぱら拡散板等にたより、マイクロレンズアレイシートにそのような機能を持たせることは、特許文献１〜７には一切記載されていない。
また、引用文献５に記載のレンチキュラーレンズは、バックライト用ではなく、型からの離型や型寿命を目的としており、隠蔽性に関しては触れられていない。
【００１１】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、隠蔽性が向上しバックライトの明暗斑を高いレベルで低減させることが可能なマイクロレンズアレイ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】
【００１２】
上記目的を達成する本発明に係るマイクロレンズアレイは、光を透過する基板と、前記基板の一方面に配置される複数の単位レンズと、を有し、前記単位レンズ同士の間の隙間に凹状の曲面である凹曲面が形成され、当該凹曲面が単位レンズの光軸に沿う中心軸に対して非回転対称に形成された、バックライト用のマイクロレンズアレイシートである。
【発明の効果】
【００１３】
上記のように構成したマイクロレンズアレイによれば、単位レンズ同士の間の隙間に形成される凹曲面が、単位レンズの中心軸に対して非回転対称に形成されているため、単位レンズの中心軸からの方向に応じて異なる幅を有する間隙に対応して、広い範囲に凹曲面を形成することができる。これにより、間隙が平坦であると間隙部から素抜けてしまう光を屈曲させることができ、マイクロレンズアレイシートの隠蔽性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】液晶表示装置を示す概略図である。
【図２】本実施形態に係るマイクロレンズアレイシートを示す平面図である。
【図３】本実施形態に係るマイクロレンズアレイシートを示し、（Ａ）は拡大平面図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ線に沿う断面図、（Ｃ）は（Ａ）のＣ−Ｃ線に沿う断面図である。
【図４】本実施形態に係るマイクロレンズアレイシートの他の例を示す平面図である。
【図５】成形型を作製する際を示す部分拡大斜視図である。
【図６】本実施形態に係るマイクロレンズアレイシート内を透過する光を説明するための概略断面図である。
【図７】単位レンズおよび凹曲面の断面を幾何学的に示す概略断面図である。
【図８】単位レンズが六方配列のマイクロレンズアレイシートの拡大平面図である。
【図９】単位レンズが正方配列のマイクロレンズアレイシートの拡大平面図である。
【図１０】マイクロレンズアレイシートの面積比率に対する相対輝度の関係のシミュレーション結果および実測値を示すグラフである。
【図１１】本実施形態に係るマイクロレンズアレイシート内を透過する光を説明するための概略断面図である。
【図１２】単位レンズがランダム配列されたマイクロレンズアレイシートの平面図である。
【図１３】大きな単位レンズの間に小さな単位レンズが配列されたマイクロレンズアレイシートの平面図であり、（Ａ）正方配列、（Ｂ）は六方配列、（Ｃ）はランダム配列を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。なお、図面の寸法比率は、説明の都合上誇張される場合があり、実際の比率とは異なる場合がある。
【００１６】
本実施形態に係るマイクロレンズアレイシート１は、図１に示すように、液晶表示装置９に使用されるものである。液晶表示装置９は、反射板２と、光源であるバックライト３と、光を拡散させる拡散板４と、拡散板４を通過した光をコリメートするマイクロレンズアレイシート１と、液晶パネル５とを備えている。本実施形態におけるマイクロレンズアレイシート１は、液晶表示装置９の液晶パネル５の背面に配置されており、輝度向上および視野角制御のために使用される。
【００１７】
本マイクロレンズアレイシート１は、図２，３に示すように、基板１０と、基板１０の一方面に設けられる複数の単位レンズ１１とを備えており、基板１０および単位レンズ１１は、光を透過する材料で形成されている。本実施形態における単位レンズ１１は、基板１０上に六方配列で配置される。
【００１８】
単位レンズ１１は、頂部近傍が略半球形状である凸状の曲面で形成されており、単位レンズ１１同士の間の隙間には、凹状の曲面で形成される凹曲面１２が形成されている。
【００１９】
基板１０は、例えばアクリル樹脂、ポリエチレン系樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリスチレン系樹脂、塩化ビニル樹脂またはポリオレフィン系樹脂等で形成されるが、材料はこれらに限定されない。
【００２０】
単位レンズ１１は、例えばウレタンアクリレート系の紫外線硬化性樹脂で形成されるが、材料はこれらに限定されない。また、基板１０と単位レンズ１１を同一材料で一体的に作製することもできる。
【００２１】
凹曲面１２は、基板における単位レンズ１１の間の間隙部１３に、平坦な面で形成される平坦部が可能な限り形成されないようにするために、各々の単位レンズ１１の光軸方向の中心軸Ｘに対して、非回転対称に形成されている。このような非回転対称性を備えることで、単位レンズ１１の中心軸Ｘからの方向に応じて異なる幅を有する間隙部１３に対応して、広範囲に凹曲面１２を形成することができ、間隙部１３に生じる平坦部の面積を極力減少させ、望ましくは、マイクロレンズアレイシート１の全体面積に対して１％以下に抑えられる。１％以下であれば、０％の場合と比較しても輝度および隠蔽性にほとんど影響はないと考えられる。
【００２２】
本実施形態では、単位レンズ１１が六方配列に配置されているため、図３（Ａ）に示すように、隣接する単位レンズ１１同士の間に稜線１４が形成され、隣接する３つの単位レンズ１１と、当該３つの単位レンズ１１の間の３つの稜線１４とによって囲まれて、凹領域１５が形成される（図３（Ａ）の二点鎖線による斜線部を参照）。凹領域１５の中心には、最も深い最下部１６が形成される。最下部１６は、一点で形成されることが好ましいが、微小な平面の領域（平坦部）で形成されてもよい。また、各々の稜線１４の中心にも、最も低い低点１７が存在し、この低点１７が、上述した凹領域１５の最下部１６よりも高い位置に形成される。
【００２３】
例えば、図３（Ａ）のＢ−Ｂ線に沿う断面（図３（Ｂ）参照）における凹曲面１２の曲率半径Ｒｂと、Ｃ−Ｃ線に沿う断面（図３（Ｂ）参照）における凹曲面１２の曲率半径Ｒｃとでは、単位レンズ１１の中心軸Ｘからの距離が同じであっても同一とはならない。この場合、Ｃ−Ｃ断面における曲率半径Ｒｃに対して、Ｂ−Ｂ断面における曲率半径Ｒｂが大きくなる。すなわち、間隙部１３の幅が広い断面において曲率半径を大きく形成することで、間隙部１３の広範囲を凹曲面１２とすることが可能となっている。
【００２４】
また、本実施形態の他の例として、図４に示すように、単位レンズ１１Ａが正方配列に配置されてもよい。この場合、隣接する４つの単位レンズ１１Ａと、当該４つの単位レンズ１１Ａの間の４つの稜線１４Ａとによって囲まれて、凹領域１５Ａが形成され、この凹領域１５Ａの中心には、最も深い最下部１６Ａが形成される。また、各々の稜線１４Ａの中心にも、最も低い低点１７Ａが存在し、この低点１７Ａは、凹領域１５Ａの最下部１６Ａよりも高い位置に形成される。単位レンズ１１Ａの中心軸Ｘと最下部１６Ａを通る断面における凹曲面１２Ａの曲率半径Ｒｂは、稜線１４Ａに沿う曲率半径Ｒｃよりも大きい。
【００２５】
次に、本実施形態に係るマイクロレンズアレイシート１の製造方法について説明する。
【００２６】
本実施形態に係るマイクロレンズアレイシート１は、元となる型を作成し、押出成形法、ＵＶ硬化成形法等により製造することができる。この際、各々の単位レンズ１１の裾部の凹曲面１２は、平板状の基板に単位レンズを成形した製造物に後加工で凹面加工を形成することでも製造可能であるが、成形型に予め、マイクロレンズアレイシート１の完成品の形状を転写して施しておくことで、凹曲面１２の形状が常に一定となり、光学性能が安定し、かつ凹曲面１２の存在によって成形型からの離型が容易となるため好ましい。
【００２７】
このような成形型の製造方法の一例を以下に示す。
【００２８】
まず、銅等の金属からなる平板またはロールに、機械加工、レーザー加工、またはエッチング等の方法により、単位レンズの逆形状（略半球状の窪み）の配列を形成し、平板成形型またはロール成形型を作製する。
【００２９】
次に、平板成形型またはロール成形型の略半球状の窪み２１に、図５に示すように、窪み２１の開口部側を多少露出させてレジスト２２を充填する。これにより、成形型は、平坦な面の縁に鋭角な角部２３が形成された凸状平坦部２４が、レジスト２２から露出した状態となる。次に、この凸状平坦部２４の角部２３をエッチングにより腐食させ、凸状平坦部２４を凸状の滑らかな曲面に加工する。このとき、成形型のレジスト２２に覆われている部分は、レジスト２２により守られて腐食されない。したがって、３つの窪み２１に囲まれて凸状平坦部２４の幅が広い部分は、２つの窪みに挟まれる幅が狭い部分よりも腐食されにくく、幅が広い部分の中央部が高く形成される。
【００３０】
この後、レジスト２２を除去し、金型表面の保護と形状表面の平滑化のために、成形型の表面にクロムやニッケル等を鍍金する。
【００３１】
エッチング液の濃度、温度または時間等の条件により、腐食度合いを調整し、平坦部の残り具合（面積比率）や、凹面形状の程度を調整することができる。エッチング液には、使用する版の金属種に応じて、酸やアルカリ等を使用する。また、液によるエッチングの代わりに、サンドブラスト等を使用してもよい。この場合、上述の単に平坦面を荒らすことが目的のサンドブラストではなく、仕上がりの面性が鏡面に近い（面粗さが小さい）曲面とするため、目の粗いものから細かいものへ数段階に分けてサンドブラストを行うことが好ましい。
【００３２】
また、凸状平坦部２４の角部２３を落とす前の母型としては、平板またはフィルムシートの一方の面に接着剤または粘着剤を均一に塗布し、この上に微小球を並べたものから、電鋳などの方法で複版したものを使用してもよい。
【００３３】
本実施形態のように、単一の大きさの単位レンズ１１が規則的に配列されている場合、その中でも特に六方配列の場合、間隙部１３も極力均一の大きさで極力均一に分布しているため、比較的容易に、均一な凹曲面１２を形成できる。
【００３４】
一方、単位レンズが不規則に配列されていたり、単位レンズの大きさが分布を有している場合には、間隙部も不規則なため、面積の広い間隙部に平坦部が残らないようにするために、規則的に配列されたマイクロレンズアレイシート１に比較して、凹曲面を形成するエッチング工程をより多く施さなければならない。この場合、面積の狭い間隙部周辺の単位レンズが削られ過ぎて影響を受ける可能性があるため、このような現象を考慮して作製することが好ましい。
【００３５】
このように加工することで、凹曲面１２への加工前の凸状平坦部２４の平坦な面が最も残りやすい最下部１６に残る平坦部の面積比を、全体の１％以下とすることも可能となる。この平坦部は、レーザー顕微鏡やＳＥＭなどの長深度の顕微鏡で表面を観察したときに、凹面処理がされずに残された部分として観察される。平坦部の面積比を０％とするには、凸状平坦部２４の平坦な面が完全に無くなるまで加工する必要があるため、凸状平坦部２４を削りすぎる可能性があるが、１％以下と設定することで、レンズへの影響を最低限に抑制できる。
【００３６】
本実施形態に係るマイクロレンズアレイシート１について更に詳述する。
【００３７】
単位レンズ１１の大きさ（直径）は、４０から２００μｍ、好ましくは、６０から８０μｍである。３２型のフルＨＤ（高精細）ＴＶの画素が約０．３７ｍｍである。この画素の大きさは、画面の縦の長さの３倍の距離から観察した際、視力１．０の人の解像限界にほぼ等しい。このとき、それぞれの画素内のＲＧＢを区切るブラックマスク（ブラックマトリックスとも称する。）のピッチは、約０．１２３ｍｍである。また、ＰＣモニターでは、２２型でフルＨＤのブラックマスクは、約８５μｍとなっており、単位レンズの大きさ（直径）は、これらよりも小さくする必要がある。一方で、略半球状の単位レンズが規則的に配列された、マイクロレンズアレイの配列周期の異なる（この結果として、単位レンズの直径が変わっている）複数のマイクロレンズアレイシートを作成して、白色の透過光を比較観察したとき、白色光が虹状に色が分解して観察される。この際、マイクロレンズアレイの配列周期が小さいほど虹が強く、配列周期が６０μｍでも弱いが、なお虹が観察され、８０μｍでほぼ観察されなくなる。単位レンズの形は、マイクロレンズアレイの配列周期にかかわらず略半球状で相似形であるため、この虹は、光の屈折の色収差によるものではなく回折によるものであると考えられる。この回折による光の散乱のため、配列周期が８０μｍ以下では、たとえ単位レンズの形は相似形であっても、配列周期が小さくなるほど、マイクロレンズアレイシートの輝度向上効果は弱くなる。配列が不規則な場合においても、虹は観察されないが回折がなくなっているわけではなく、回折した光同士が白く混ざっているだけである。従って、マイクロレンズアレイの配列周期は、６０から８０μｍの範囲で、ブラックマスクとのモアレなどを勘案して決めることが好ましい。また、配列が不規則な場合にも、単位レンズの直径が６０から８０μｍで、可能な限り８０μｍに近くすることが好ましい。なお、単位レンズの配列周期に対する直径の比は、９０から９５％とすることが望ましい。９０％以下では、間隙部１３の面積が広すぎ、成形型の凹曲面化工程において、平坦部をなくすことが困難となり、９５％以上の場合には、単位レンズ同士の間隔が狭いため、成形型の凹曲面化工程で壁が失われる可能性が高い。
【００３８】
平坦部をサンドブラストなどの方法で粗面化する方法でも、隠蔽性を向上させることが可能であるが、粗面化する方法は、成型時の離型性を悪化させたり、また、輝度低下につながる。これに対して、本発明の凹曲面化する方法は、離型性が悪化することはなく、また、後述するように凹曲面１２でも透過する光を曲げることができるため、輝度低下も粗面化する方法に比べて低く抑えることが可能である。
【００３９】
図６に示すように、マイクロレンズアレイシート１の平坦な裏面１８から入射した光（入射角ζの光を参照）は、屈折するため、臨界角より大きな光が存在しない。一方、マイクロレンズアレイシート１の単位レンズ１１から表側に出射する光（入射角γの光を参照）も、臨界角以上の角度の光は全反射して出られない。略半球形状の単位レンズ１１の場合、一度全反射した光は、次の入射面でも全反射し、このレンズから出ることができずに裏面側へ戻ってしまう。屈折率ｎの材料において、臨界角はｓｉｎ−１（１／ｎ）となる。単位レンズ１１の側面における頂部からの角度をδとすると、δ＝γ＋ζが成り立つため、入射角ζと入射角γがともに臨界角となるδ＝２・ｓｉｎ−１（１／ｎ）より大きな角度の部分を凹曲面１２としても、レンズの機能は低下せず、輝度低下は生じない。
【００４０】
また、実際のマイクロレンズアレイシート１の単位レンズ１１の形状では、凹曲面１２の開始角度（単位レンズ１１の側面と接する部位の角度）は、角度δ＝２・ｓｉｎ−１（１／ｎ）よりやや小さい角度であっても（頂部方向側まで凹面処理されても）、凹曲面１２の単位レンズ１１との境界付近の角度は、処理される前とされた後で大きな差はないため、レンズの機能に大きな変化はない。
【００４１】
図７は、単位レンズ１１の中心軸Ｘと凹曲面１２の最下部１６を通る断面を示す。図７に示すように、単位レンズ１１の半径をｒ、単位レンズ１１同士が接すると仮定した際の単位レンズ１１の半径をｒ０、ｒとｒ０の比をα（ｒ＝αｒ０、０≦α≦１）、凹曲面１２の半径をａ、単位レンズ１１の中心軸Ｘと凹曲面１２の中心点との距離をβｒ０、単位レンズ１１の中心軸Ｘと凹曲面１２の最下部１６を通る断面における凹曲面１２の高さをｈとし、単位レンズ１１の中心点Ｏが最下部１６よりｂ低く、単位レンズ１１の高さと単位レンズ１１の半径の比をε（0≦ε≦1）とすると、
【００４２】
【数１】
【００４３】
が成り立つ。また、
【００４４】
【数２】
【００４５】
となる。凹曲面１２の高さｈについては、
【００４６】
【数３】
【００４７】
となる。
【００４８】
規則的な六方最密の配列の場合では、３つの単位レンズ１１で囲まれた凹領域１５の中央（最下部１６）と、単位レンズ１１の中心Ｏの距離Ｌは、図８の通り、Ｌ＝２／√３・ｒ０となり、β＝２／√３である。
【００４９】
また、規則的な正方配列の場合では、図９の通り、４つの単位レンズ１１Ａで囲まれた凹領域１５Ａの中央（最下部１６Ａ）と、単位レンズ１１Ａの中心の距離Ｌは、Ｌ＝√２・ｒ０となり、β＝√２である。
【００５０】
これを上記の式（１）〜（３）に代入し、比率αを０．７５から１まで０．０５刻みで、ａ／ｒ、ｈ／aｒ、θ及び、レンズの面積の比率（ＦＦ）を計算した値を以下の表に示す。なお面積比率（ＦＦ）は、単位レンズ１１の半径をｒとした際に単位レンズ１１が占める面積の比率である。
【００５１】
【表１】
【００５２】
【表２】
【００５３】
【表３】
【００５４】
一方、図６で説明した臨界角より、輝度が低下しないθの範囲は、９０°−δであるから、要素レンズ１１を構成する材料の屈折率がｎ＝１．５〜１．６と考えると、θ＝６．４〜１２．６°である。これより多少大きな角度でも影響が無いとすると、上記の表より、六方配列においては、ａ/ｒは、３０％程度以内、ｈ/εｒは、２５％程度以内とすることが好ましい。
【００５５】
また、図１０には、マイクロレンズアレイシートの面積比率に対する相対輝度の関係のシミュレーション結果および実測値を示す。図１０では、線によりシミュレーション結果を示し、プロットにより実測値を示している。ここで相対輝度とは、拡散板のみでマイクロレンズアレイシートのない場合における輝度を１とした際の輝度の相対値である。
【００５６】
本シミュレーションでは、Ｌａｍｂｅｒｔ拡散を仮定した拡散板上にマイクロレンズアレイシートを配置した際の、単位レンズの面積の総和がマイクロレンズアレイシート１の面積に占める面積比率（ＦＦ）に対する相対輝度を算出した。シミュレーションは、単位レンズのレンズ半径（Ｒ）に対するレンズ高さ（Ｈ）の比Ｈ／Ｒを１とした場合と、Ｈ／Ｒを０．９とした場合の２通りを行った。
【００５７】
なお、シミュレーションにおける、バックライトの光の再利用効率は、拡散板とバックライトの反射板を組み合わせたものの拡散反射率の測定値である８０％を仮定した。
【００５８】
また、相対輝度の実測値は、実際に作成したマイクロレンズアレイシートをバックライト上で拡散板の上に載せた場合の実測値であり、六方配列でＨ／Ｒ＝０．９５、六方配列でＨ／Ｒ＝０．９、四方配列でＨ／Ｒ＝０．９の場合の３通りを行った。
【００５９】
結果として、図１０に示すとおり、ＦＦの上昇とともに相対輝度も上昇するが、相対輝度の上昇率は、ＦＦが８０％を超えたあたりで鈍くなることが確認された。
【００６０】
このように、面積比率（ＦＦ）は８０％程度あれば、これ以上面積比率（ＦＦ）を上げても輝度はそれほど向上しない。そして、面積比率（ＦＦ）が８０％程度となるのは、上記の表１に示すε＝１の場合の計算結果から、六方配列のときはａ／ｒが２４％程度、ｈ／ｒが２０％程度のときである。
【００６１】
一方、正方配列の場合は、単位レンズ１１Ａ同士が接触する条件のα＝１の場合でも面積比率（ＦＦ）が８０％に達しないが、このαが最大の条件の場合にａ／ｒが５０％程度、ｈ／ｒが３３％程度である。
【００６２】
したがって、Ｈ／Ｒ＝１（ε＝１）であり、凹領域１５の中央に位置する最下部１６が、加工前の平坦部を面積が限りなく小さくなるように残している（最下部１６の高さがエッチング前の高さと等しい）とすると、凹曲面１２の高さｈは、単位レンズ１１の高さ（半径）ｒの１０〜３５％とし、凹曲面１２の曲率半径は、単位レンズ１１の半径ｒの１０〜５０％、より好ましくは１５から４５％の曲率半径に近似できる凹曲面とすることが好ましい。このような値とすることで、面積比率（ＦＦ）を高く保って輝度を維持しつつ、凹曲面１２によって隠蔽性を向上させることができる。
【００６３】
なお、Ｈ/Ｒ＝１が望ましいが、実際のマイクロレンズアレイシート１のＨ/Ｒが０．９程度とすると、凹曲面１２の曲率半径の上限値は１０％程度大きくなると考えられる。
【００６４】
表２に示すε＝０．９５の場合では、面積比率（ＦＦ）が８０％程度以上となるのは、六方配列のときはａ／ｒが３１％程度以下、ｈ／εｒが２４％程度以下のときであり、これらの条件を満たすことが、輝度の維持および隠蔽性の向上に望ましい。
【００６５】
一方、ε＝０．９５で正方配列の場合は、単位レンズ１１Ａ同士が接触する条件のα＝１の場合でも面積比率（ＦＦ）が８０％に達しないが、このαが最大の条件の場合にａ／ｒが５８％程度、ｈ／εｒが３７％程度である。
【００６６】
また、表３に示すε＝０．９の場合では、面積比率（ＦＦ）が８０％程度以上となるのは、六方配列のときはａ／ｒが３８％程度以下、ｈ／εｒが２７％程度以下のときであり、これらの条件を満たすことが、輝度の維持および隠蔽性の向上に望ましい。
【００６７】
一方、ε＝０．９で正方配列の場合は、単位レンズ１１Ａ同士が接触する条件のα＝１の場合でも面積比率（ＦＦ）が８０％に達しないが、このαが最大の条件の場合にａ／ｒが６６％程度、ｈ／εｒが４０％程度である。
【００６８】
本実施形態に係るマイクロレンズアレイシート１によれば、単位レンズ１１の間に、単位レンズ１１の中心軸Ｘに対して非回転対称の凹曲面１２が形成されているため、単位レンズ１１の中心軸Ｘからの方向に応じて異なる幅を有する間隙に対応して、広い範囲に凹曲面１２を形成することができる。これにより、図１１に示すように、間隙が平坦であると間隙部１３から素抜けてしまう光（図１１の点線矢印を参照）を屈曲させることができ、マイクロレンズアレイシート１の輝度を確保しつつ隠蔽性を向上させることができる。
【実施例】
【００６９】
実施例として、直径５６μｍの単位レンズをピッチ６０μｍで六方配列に配置したマイクロレンズアレイシートを作成した。また、比較例として、単位レンズの直径およびピッチが実施例と同様で間隙部が平坦のもの（比較例１）、および間隙部にサンドブラスト法によりＲａ＝０．３μｍのマット処理をしたもの（比較例２）を作成した。
【００７０】
基板の材料はポリエチレンテレフタラートとし、単位レンズの材料はウレタンアクリレート系の紫外線硬化性樹脂とした。
【００７１】
実施例および比較例に係るマイクロレンズアレイシートの光学特性を、ＪＩＳ Ｋ７１０５−１９８１、Ｋ７３７４に準拠して計測した。結果を下の表に示す。写像性の計測では、透過法による装置を用い、光学くしの暗部と明部の幅を２．０ｍｍとした。また、隠蔽性は、目視により観察した。なお、相対輝度は、比較例１の結果を１とした場合の相対値である。
【００７２】
【表４】
【００７３】
実施例のマイクロレンズアレイシートは、凹曲面を備えていない比較例１と比較して輝度が低下することなく、かつ隠蔽性が向上された。また、ヘイズも上昇し、写像性の値も低くなっていることからも、マイクロレンズアレイシートの隠蔽性の機能が向上していることが確認できる。
【００７４】
一方で、サンドブラストにより隠蔽性を向上させた比較例２においては、隠蔽性は、比較例１よりよくなっているものの、実施例のマイクロレンズアレイシートよりも劣り、かつ、相対輝度が低下した。
【００７５】
なお、本発明は上述した実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の範囲内で種々改変することができる。例えば、本実施形態では、単位レンズ１１，１１Ａは六方配列または正方配列であるが、図１２に示すようにランダム配列で単位レンズ１１Ｂが配列されてもよく、配列方法は限定されない。特に、不規則な配列の場合、単位レンズが大きくても、液晶パネルの画素との間で、モアレが生じにくく好ましい。また、多数設けられる単位レンズの大きさが、各々で異なってもよい。また、図１３（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、六方配列、正方配列またはランダム配列の分布を有する大きな単体レンズ１１Ｃ〜１１Ｅの間に、別の分布を有する小さな単体レンズ１１Ｆ〜１１Ｈが配列されたマイクロレンズアレイシートの間隙部を凹曲面としてもよい。
【符号の説明】
【００７６】
１，３０ マイクロレンズアレイシート、
２ 基板、
１１，１１Ａ〜１１Ｈ，３１ 単位レンズ、
１２，１２Ａ，３２ 凹曲面、
１３，１３Ａ，３３ 間隙部、
１４，１４Ａ 稜線、
１５，１５Ａ 凹領域、
１６，１６Ａ 最下部、
１７，１７Ａ 低点、
ａ 凹曲面の半径、
ｈ 凹曲面の高さ、
ｒ 単位レンズの半径、
Ｒｂ 稜線の曲率半径、
Ｒｃ 最下点の曲率半径、
Ｘ 中心軸。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロレンズアレイシートに関し、特に、液晶表示装置などの透過型表示装置を背面から照明する照明装置に使用されるマイクロレンズアレイシートに関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶表示装置（ＬＣＤ）は、他の平板表示装置（ＦＰＤ）と異なり自発光デバイスではないため、冷陰極線管（ＣＣＦＬ）やＬＥＤなどの照明装置からの光を拡散板によって拡散させ、均一な照明とした後、光源の光の透過率を制御することで、画像を形成している。
【０００３】
近年、ＬＣＤＴＶの低下価格化や薄型化が求められ、光源の数を減らしたり、光源と拡散板及び液晶パネルとの間の距離を短くしたりする結果、従来のように拡散板による拡散のみでは、光源の明暗が縞状に透けて見えてしまう場合がある。
【０００４】
光源の透けを防止するため、拡散板に白ドットや白ストライプを印刷したり、拡散板の曇度（ヘイズ）を大きくしたり、さらに拡散板を追加する方法等がとられている。しかしながら、白ドット／白ストライプを印刷する方法は、光源との位置合わせが必要で、また、拡散板に後加工で印刷する必要があり、製造が複雑化し、コストアップにつながる。一方、拡散板のヘイズを大きくしたり、拡散板を追加する方法は、輝度低下やコストアップにつながる。
【０００５】
また、輝度を向上させるために、透明基板上に凸状の微小なマイクロレンズを複数配置したマイクロレンズアレイシートを、液晶表示装置に用いる方法がある。マイクロレンズアレイシートを用いた液晶表示装置では、光源から照射された光が、拡散板で一旦拡散された後にマイクロレンズアレイシートでコリメートされ、液晶パネルへ入射される。
【０００６】
マイクロレンズアレイシートの例として、以下の特許文献１〜４が挙げられる。特許文献１〜４に記載のマイクロレンズアレイシートは、透明平板に凸状の曲面形状のマイクロレンズが複数配置されている。
【０００７】
一方、引用文献５には、凸状の曲面形状の間に凹状の曲面形状を形成したレンチキュラーレンズシートが記載されているが、一方向に一定断面を有するシリンドリカルレンズが適用されている。
【０００８】
また、特許文献６，７には、光の利用効率を向上させるためにマイクロレンズアレイシートのレンズ形状を非球面形状とすることが開示されている。これらの非球面形状のマイクロレンズは、レンズの裾が凹状の曲面形状に形成されているが、これらの発明は、開口部（受光部）へ導く光の利用率を向上させることが目的のため、これら凹状曲面部においても、マイクロレンズと中心軸を共有する回転対称に形成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特表２００８−５２７６２７号公報
【特許文献２】特表２００６−５００６２１号公報
【特許文献３】特開２００５−５５４８５号公報
【特許文献４】特開平３−７３９５４号公報
【特許文献５】特開平１１−３８２０３号公報
【特許文献６】特開２００２−１２２７０７号公報
【特許文献７】特開平４−３０３８０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
マイクロレンズアレイシートは、通常、輝度向上のために用いられるが、バックライトのＣＣＦＬ起因の明暗斑を見えにくくする作用（隠蔽性）については、もっぱら拡散板等にたより、マイクロレンズアレイシートにそのような機能を持たせることは、特許文献１〜７には一切記載されていない。
また、引用文献５に記載のレンチキュラーレンズは、バックライト用ではなく、型からの離型や型寿命を目的としており、隠蔽性に関しては触れられていない。
【００１１】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、隠蔽性が向上しバックライトの明暗斑を高いレベルで低減させることが可能なマイクロレンズアレイ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】
【００１２】
上記目的を達成する本発明に係るマイクロレンズアレイは、光を透過する基板と、前記基板の一方面に配置される複数の単位レンズと、を有し、前記単位レンズ同士の間の隙間に凹状の曲面である凹曲面が形成され、当該凹曲面が単位レンズの光軸に沿う中心軸に対して非回転対称に形成された、バックライト用のマイクロレンズアレイシートである。
【発明の効果】
【００１３】
上記のように構成したマイクロレンズアレイによれば、単位レンズ同士の間の隙間に形成される凹曲面が、単位レンズの中心軸に対して非回転対称に形成されているため、単位レンズの中心軸からの方向に応じて異なる幅を有する間隙に対応して、広い範囲に凹曲面を形成することができる。これにより、間隙が平坦であると間隙部から素抜けてしまう光を屈曲させることができ、マイクロレンズアレイシートの隠蔽性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】液晶表示装置を示す概略図である。
【図２】本実施形態に係るマイクロレンズアレイシートを示す平面図である。
【図３】本実施形態に係るマイクロレンズアレイシートを示し、（Ａ）は拡大平面図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ線に沿う断面図、（Ｃ）は（Ａ）のＣ−Ｃ線に沿う断面図である。
【図４】本実施形態に係るマイクロレンズアレイシートの他の例を示す平面図である。
【図５】成形型を作製する際を示す部分拡大斜視図である。
【図６】本実施形態に係るマイクロレンズアレイシート内を透過する光を説明するための概略断面図である。
【図７】単位レンズおよび凹曲面の断面を幾何学的に示す概略断面図である。
【図８】単位レンズが六方配列のマイクロレンズアレイシートの拡大平面図である。
【図９】単位レンズが正方配列のマイクロレンズアレイシートの拡大平面図である。
【図１０】マイクロレンズアレイシートの面積比率に対する相対輝度の関係のシミュレーション結果および実測値を示すグラフである。
【図１１】本実施形態に係るマイクロレンズアレイシート内を透過する光を説明するための概略断面図である。
【図１２】単位レンズがランダム配列されたマイクロレンズアレイシートの平面図である。
【図１３】大きな単位レンズの間に小さな単位レンズが配列されたマイクロレンズアレイシートの平面図であり、（Ａ）正方配列、（Ｂ）は六方配列、（Ｃ）はランダム配列を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。なお、図面の寸法比率は、説明の都合上誇張される場合があり、実際の比率とは異なる場合がある。
【００１６】
本実施形態に係るマイクロレンズアレイシート１は、図１に示すように、液晶表示装置９に使用されるものである。液晶表示装置９は、反射板２と、光源であるバックライト３と、光を拡散させる拡散板４と、拡散板４を通過した光をコリメートするマイクロレンズアレイシート１と、液晶パネル５とを備えている。本実施形態におけるマイクロレンズアレイシート１は、液晶表示装置９の液晶パネル５の背面に配置されており、輝度向上および視野角制御のために使用される。
【００１７】
本マイクロレンズアレイシート１は、図２，３に示すように、基板１０と、基板１０の一方面に設けられる複数の単位レンズ１１とを備えており、基板１０および単位レンズ１１は、光を透過する材料で形成されている。本実施形態における単位レンズ１１は、基板１０上に六方配列で配置される。
【００１８】
単位レンズ１１は、頂部近傍が略半球形状である凸状の曲面で形成されており、単位レンズ１１同士の間の隙間には、凹状の曲面で形成される凹曲面１２が形成されている。
【００１９】
基板１０は、例えばアクリル樹脂、ポリエチレン系樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリスチレン系樹脂、塩化ビニル樹脂またはポリオレフィン系樹脂等で形成されるが、材料はこれらに限定されない。
【００２０】
単位レンズ１１は、例えばウレタンアクリレート系の紫外線硬化性樹脂で形成されるが、材料はこれらに限定されない。また、基板１０と単位レンズ１１を同一材料で一体的に作製することもできる。
【００２１】
凹曲面１２は、基板における単位レンズ１１の間の間隙部１３に、平坦な面で形成される平坦部が可能な限り形成されないようにするために、各々の単位レンズ１１の光軸方向の中心軸Ｘに対して、非回転対称に形成されている。このような非回転対称性を備えることで、単位レンズ１１の中心軸Ｘからの方向に応じて異なる幅を有する間隙部１３に対応して、広範囲に凹曲面１２を形成することができ、間隙部１３に生じる平坦部の面積を極力減少させ、望ましくは、マイクロレンズアレイシート１の全体面積に対して１％以下に抑えられる。１％以下であれば、０％の場合と比較しても輝度および隠蔽性にほとんど影響はないと考えられる。
【００２２】
本実施形態では、単位レンズ１１が六方配列に配置されているため、図３（Ａ）に示すように、隣接する単位レンズ１１同士の間に稜線１４が形成され、隣接する３つの単位レンズ１１と、当該３つの単位レンズ１１の間の３つの稜線１４とによって囲まれて、凹領域１５が形成される（図３（Ａ）の二点鎖線による斜線部を参照）。凹領域１５の中心には、最も深い最下部１６が形成される。最下部１６は、一点で形成されることが好ましいが、微小な平面の領域（平坦部）で形成されてもよい。また、各々の稜線１４の中心にも、最も低い低点１７が存在し、この低点１７が、上述した凹領域１５の最下部１６よりも高い位置に形成される。
【００２３】
例えば、図３（Ａ）のＢ−Ｂ線に沿う断面（図３（Ｂ）参照）における凹曲面１２の曲率半径Ｒｂと、Ｃ−Ｃ線に沿う断面（図３（Ｂ）参照）における凹曲面１２の曲率半径Ｒｃとでは、単位レンズ１１の中心軸Ｘからの距離が同じであっても同一とはならない。この場合、Ｃ−Ｃ断面における曲率半径Ｒｃに対して、Ｂ−Ｂ断面における曲率半径Ｒｂが大きくなる。すなわち、間隙部１３の幅が広い断面において曲率半径を大きく形成することで、間隙部１３の広範囲を凹曲面１２とすることが可能となっている。
【００２４】
また、本実施形態の他の例として、図４に示すように、単位レンズ１１Ａが正方配列に配置されてもよい。この場合、隣接する４つの単位レンズ１１Ａと、当該４つの単位レンズ１１Ａの間の４つの稜線１４Ａとによって囲まれて、凹領域１５Ａが形成され、この凹領域１５Ａの中心には、最も深い最下部１６Ａが形成される。また、各々の稜線１４Ａの中心にも、最も低い低点１７Ａが存在し、この低点１７Ａは、凹領域１５Ａの最下部１６Ａよりも高い位置に形成される。単位レンズ１１Ａの中心軸Ｘと最下部１６Ａを通る断面における凹曲面１２Ａの曲率半径Ｒｂは、稜線１４Ａに沿う曲率半径Ｒｃよりも大きい。
【００２５】
次に、本実施形態に係るマイクロレンズアレイシート１の製造方法について説明する。
【００２６】
本実施形態に係るマイクロレンズアレイシート１は、元となる型を作成し、押出成形法、ＵＶ硬化成形法等により製造することができる。この際、各々の単位レンズ１１の裾部の凹曲面１２は、平板状の基板に単位レンズを成形した製造物に後加工で凹面加工を形成することでも製造可能であるが、成形型に予め、マイクロレンズアレイシート１の完成品の形状を転写して施しておくことで、凹曲面１２の形状が常に一定となり、光学性能が安定し、かつ凹曲面１２の存在によって成形型からの離型が容易となるため好ましい。
【００２７】
このような成形型の製造方法の一例を以下に示す。
【００２８】
まず、銅等の金属からなる平板またはロールに、機械加工、レーザー加工、またはエッチング等の方法により、単位レンズの逆形状（略半球状の窪み）の配列を形成し、平板成形型またはロール成形型を作製する。
【００２９】
次に、平板成形型またはロール成形型の略半球状の窪み２１に、図５に示すように、窪み２１の開口部側を多少露出させてレジスト２２を充填する。これにより、成形型は、平坦な面の縁に鋭角な角部２３が形成された凸状平坦部２４が、レジスト２２から露出した状態となる。次に、この凸状平坦部２４の角部２３をエッチングにより腐食させ、凸状平坦部２４を凸状の滑らかな曲面に加工する。このとき、成形型のレジスト２２に覆われている部分は、レジスト２２により守られて腐食されない。したがって、３つの窪み２１に囲まれて凸状平坦部２４の幅が広い部分は、２つの窪みに挟まれる幅が狭い部分よりも腐食されにくく、幅が広い部分の中央部が高く形成される。
【００３０】
この後、レジスト２２を除去し、金型表面の保護と形状表面の平滑化のために、成形型の表面にクロムやニッケル等を鍍金する。
【００３１】
エッチング液の濃度、温度または時間等の条件により、腐食度合いを調整し、平坦部の残り具合（面積比率）や、凹面形状の程度を調整することができる。エッチング液には、使用する版の金属種に応じて、酸やアルカリ等を使用する。また、液によるエッチングの代わりに、サンドブラスト等を使用してもよい。この場合、上述の単に平坦面を荒らすことが目的のサンドブラストではなく、仕上がりの面性が鏡面に近い（面粗さが小さい）曲面とするため、目の粗いものから細かいものへ数段階に分けてサンドブラストを行うことが好ましい。
【００３２】
また、凸状平坦部２４の角部２３を落とす前の母型としては、平板またはフィルムシートの一方の面に接着剤または粘着剤を均一に塗布し、この上に微小球を並べたものから、電鋳などの方法で複版したものを使用してもよい。
【００３３】
本実施形態のように、単一の大きさの単位レンズ１１が規則的に配列されている場合、その中でも特に六方配列の場合、間隙部１３も極力均一の大きさで極力均一に分布しているため、比較的容易に、均一な凹曲面１２を形成できる。
【００３４】
一方、単位レンズが不規則に配列されていたり、単位レンズの大きさが分布を有している場合には、間隙部も不規則なため、面積の広い間隙部に平坦部が残らないようにするために、規則的に配列されたマイクロレンズアレイシート１に比較して、凹曲面を形成するエッチング工程をより多く施さなければならない。この場合、面積の狭い間隙部周辺の単位レンズが削られ過ぎて影響を受ける可能性があるため、このような現象を考慮して作製することが好ましい。
【００３５】
このように加工することで、凹曲面１２への加工前の凸状平坦部２４の平坦な面が最も残りやすい最下部１６に残る平坦部の面積比を、全体の１％以下とすることも可能となる。この平坦部は、レーザー顕微鏡やＳＥＭなどの長深度の顕微鏡で表面を観察したときに、凹面処理がされずに残された部分として観察される。平坦部の面積比を０％とするには、凸状平坦部２４の平坦な面が完全に無くなるまで加工する必要があるため、凸状平坦部２４を削りすぎる可能性があるが、１％以下と設定することで、レンズへの影響を最低限に抑制できる。
【００３６】
本実施形態に係るマイクロレンズアレイシート１について更に詳述する。
【００３７】
単位レンズ１１の大きさ（直径）は、４０から２００μｍ、好ましくは、６０から８０μｍである。３２型のフルＨＤ（高精細）ＴＶの画素が約０．３７ｍｍである。この画素の大きさは、画面の縦の長さの３倍の距離から観察した際、視力１．０の人の解像限界にほぼ等しい。このとき、それぞれの画素内のＲＧＢを区切るブラックマスク（ブラックマトリックスとも称する。）のピッチは、約０．１２３ｍｍである。また、ＰＣモニターでは、２２型でフルＨＤのブラックマスクは、約８５μｍとなっており、単位レンズの大きさ（直径）は、これらよりも小さくする必要がある。一方で、略半球状の単位レンズが規則的に配列された、マイクロレンズアレイの配列周期の異なる（この結果として、単位レンズの直径が変わっている）複数のマイクロレンズアレイシートを作成して、白色の透過光を比較観察したとき、白色光が虹状に色が分解して観察される。この際、マイクロレンズアレイの配列周期が小さいほど虹が強く、配列周期が６０μｍでも弱いが、なお虹が観察され、８０μｍでほぼ観察されなくなる。単位レンズの形は、マイクロレンズアレイの配列周期にかかわらず略半球状で相似形であるため、この虹は、光の屈折の色収差によるものではなく回折によるものであると考えられる。この回折による光の散乱のため、配列周期が８０μｍ以下では、たとえ単位レンズの形は相似形であっても、配列周期が小さくなるほど、マイクロレンズアレイシートの輝度向上効果は弱くなる。配列が不規則な場合においても、虹は観察されないが回折がなくなっているわけではなく、回折した光同士が白く混ざっているだけである。従って、マイクロレンズアレイの配列周期は、６０から８０μｍの範囲で、ブラックマスクとのモアレなどを勘案して決めることが好ましい。また、配列が不規則な場合にも、単位レンズの直径が６０から８０μｍで、可能な限り８０μｍに近くすることが好ましい。なお、単位レンズの配列周期に対する直径の比は、９０から９５％とすることが望ましい。９０％以下では、間隙部１３の面積が広すぎ、成形型の凹曲面化工程において、平坦部をなくすことが困難となり、９５％以上の場合には、単位レンズ同士の間隔が狭いため、成形型の凹曲面化工程で壁が失われる可能性が高い。
【００３８】
平坦部をサンドブラストなどの方法で粗面化する方法でも、隠蔽性を向上させることが可能であるが、粗面化する方法は、成型時の離型性を悪化させたり、また、輝度低下につながる。これに対して、本発明の凹曲面化する方法は、離型性が悪化することはなく、また、後述するように凹曲面１２でも透過する光を曲げることができるため、輝度低下も粗面化する方法に比べて低く抑えることが可能である。
【００３９】
図６に示すように、マイクロレンズアレイシート１の平坦な裏面１８から入射した光（入射角ζの光を参照）は、屈折するため、臨界角より大きな光が存在しない。一方、マイクロレンズアレイシート１の単位レンズ１１から表側に出射する光（入射角γの光を参照）も、臨界角以上の角度の光は全反射して出られない。略半球形状の単位レンズ１１の場合、一度全反射した光は、次の入射面でも全反射し、このレンズから出ることができずに裏面側へ戻ってしまう。屈折率ｎの材料において、臨界角はｓｉｎ−１（１／ｎ）となる。単位レンズ１１の側面における頂部からの角度をδとすると、δ＝γ＋ζが成り立つため、入射角ζと入射角γがともに臨界角となるδ＝２・ｓｉｎ−１（１／ｎ）より大きな角度の部分を凹曲面１２としても、レンズの機能は低下せず、輝度低下は生じない。
【００４０】
また、実際のマイクロレンズアレイシート１の単位レンズ１１の形状では、凹曲面１２の開始角度（単位レンズ１１の側面と接する部位の角度）は、角度δ＝２・ｓｉｎ−１（１／ｎ）よりやや小さい角度であっても（頂部方向側まで凹面処理されても）、凹曲面１２の単位レンズ１１との境界付近の角度は、処理される前とされた後で大きな差はないため、レンズの機能に大きな変化はない。
【００４１】
図７は、単位レンズ１１の中心軸Ｘと凹曲面１２の最下部１６を通る断面を示す。図７に示すように、単位レンズ１１の半径をｒ、単位レンズ１１同士が接すると仮定した際の単位レンズ１１の半径をｒ０、ｒとｒ０の比をα（ｒ＝αｒ０、０≦α≦１）、凹曲面１２の半径をａ、単位レンズ１１の中心軸Ｘと凹曲面１２の中心点との距離をβｒ０、単位レンズ１１の中心軸Ｘと凹曲面１２の最下部１６を通る断面における凹曲面１２の高さをｈとし、単位レンズ１１の中心点Ｏが最下部１６よりｂ低く、単位レンズ１１の高さと単位レンズ１１の半径の比をε（0≦ε≦1）とすると、
【００４２】
【数１】
【００４３】
が成り立つ。また、
【００４４】
【数２】
【００４５】
となる。凹曲面１２の高さｈについては、
【００４６】
【数３】
【００４７】
となる。
【００４８】
規則的な六方最密の配列の場合では、３つの単位レンズ１１で囲まれた凹領域１５の中央（最下部１６）と、単位レンズ１１の中心Ｏの距離Ｌは、図８の通り、Ｌ＝２／√３・ｒ０となり、β＝２／√３である。
【００４９】
また、規則的な正方配列の場合では、図９の通り、４つの単位レンズ１１Ａで囲まれた凹領域１５Ａの中央（最下部１６Ａ）と、単位レンズ１１Ａの中心の距離Ｌは、Ｌ＝√２・ｒ０となり、β＝√２である。
【００５０】
これを上記の式（１）〜（３）に代入し、比率αを０．７５から１まで０．０５刻みで、ａ／ｒ、ｈ／aｒ、θ及び、レンズの面積の比率（ＦＦ）を計算した値を以下の表に示す。なお面積比率（ＦＦ）は、単位レンズ１１の半径をｒとした際に単位レンズ１１が占める面積の比率である。
【００５１】
【表１】
【００５２】
【表２】
【００５３】
【表３】
【００５４】
一方、図６で説明した臨界角より、輝度が低下しないθの範囲は、９０°−δであるから、要素レンズ１１を構成する材料の屈折率がｎ＝１．５〜１．６と考えると、θ＝６．４〜１２．６°である。これより多少大きな角度でも影響が無いとすると、上記の表より、六方配列においては、ａ/ｒは、３０％程度以内、ｈ/εｒは、２５％程度以内とすることが好ましい。
【００５５】
また、図１０には、マイクロレンズアレイシートの面積比率に対する相対輝度の関係のシミュレーション結果および実測値を示す。図１０では、線によりシミュレーション結果を示し、プロットにより実測値を示している。ここで相対輝度とは、拡散板のみでマイクロレンズアレイシートのない場合における輝度を１とした際の輝度の相対値である。
【００５６】
本シミュレーションでは、Ｌａｍｂｅｒｔ拡散を仮定した拡散板上にマイクロレンズアレイシートを配置した際の、単位レンズの面積の総和がマイクロレンズアレイシート１の面積に占める面積比率（ＦＦ）に対する相対輝度を算出した。シミュレーションは、単位レンズのレンズ半径（Ｒ）に対するレンズ高さ（Ｈ）の比Ｈ／Ｒを１とした場合と、Ｈ／Ｒを０．９とした場合の２通りを行った。
【００５７】
なお、シミュレーションにおける、バックライトの光の再利用効率は、拡散板とバックライトの反射板を組み合わせたものの拡散反射率の測定値である８０％を仮定した。
【００５８】
また、相対輝度の実測値は、実際に作成したマイクロレンズアレイシートをバックライト上で拡散板の上に載せた場合の実測値であり、六方配列でＨ／Ｒ＝０．９５、六方配列でＨ／Ｒ＝０．９、四方配列でＨ／Ｒ＝０．９の場合の３通りを行った。
【００５９】
結果として、図１０に示すとおり、ＦＦの上昇とともに相対輝度も上昇するが、相対輝度の上昇率は、ＦＦが８０％を超えたあたりで鈍くなることが確認された。
【００６０】
このように、面積比率（ＦＦ）は８０％程度あれば、これ以上面積比率（ＦＦ）を上げても輝度はそれほど向上しない。そして、面積比率（ＦＦ）が８０％程度となるのは、上記の表１に示すε＝１の場合の計算結果から、六方配列のときはａ／ｒが２４％程度、ｈ／ｒが２０％程度のときである。
【００６１】
一方、正方配列の場合は、単位レンズ１１Ａ同士が接触する条件のα＝１の場合でも面積比率（ＦＦ）が８０％に達しないが、このαが最大の条件の場合にａ／ｒが５０％程度、ｈ／ｒが３３％程度である。
【００６２】
したがって、Ｈ／Ｒ＝１（ε＝１）であり、凹領域１５の中央に位置する最下部１６が、加工前の平坦部を面積が限りなく小さくなるように残している（最下部１６の高さがエッチング前の高さと等しい）とすると、凹曲面１２の高さｈは、単位レンズ１１の高さ（半径）ｒの１０〜３５％とし、凹曲面１２の曲率半径は、単位レンズ１１の半径ｒの１０〜５０％、より好ましくは１５から４５％の曲率半径に近似できる凹曲面とすることが好ましい。このような値とすることで、面積比率（ＦＦ）を高く保って輝度を維持しつつ、凹曲面１２によって隠蔽性を向上させることができる。
【００６３】
なお、Ｈ/Ｒ＝１が望ましいが、実際のマイクロレンズアレイシート１のＨ/Ｒが０．９程度とすると、凹曲面１２の曲率半径の上限値は１０％程度大きくなると考えられる。
【００６４】
表２に示すε＝０．９５の場合では、面積比率（ＦＦ）が８０％程度以上となるのは、六方配列のときはａ／ｒが３１％程度以下、ｈ／εｒが２４％程度以下のときであり、これらの条件を満たすことが、輝度の維持および隠蔽性の向上に望ましい。
【００６５】
一方、ε＝０．９５で正方配列の場合は、単位レンズ１１Ａ同士が接触する条件のα＝１の場合でも面積比率（ＦＦ）が８０％に達しないが、このαが最大の条件の場合にａ／ｒが５８％程度、ｈ／εｒが３７％程度である。
【００６６】
また、表３に示すε＝０．９の場合では、面積比率（ＦＦ）が８０％程度以上となるのは、六方配列のときはａ／ｒが３８％程度以下、ｈ／εｒが２７％程度以下のときであり、これらの条件を満たすことが、輝度の維持および隠蔽性の向上に望ましい。
【００６７】
一方、ε＝０．９で正方配列の場合は、単位レンズ１１Ａ同士が接触する条件のα＝１の場合でも面積比率（ＦＦ）が８０％に達しないが、このαが最大の条件の場合にａ／ｒが６６％程度、ｈ／εｒが４０％程度である。
【００６８】
本実施形態に係るマイクロレンズアレイシート１によれば、単位レンズ１１の間に、単位レンズ１１の中心軸Ｘに対して非回転対称の凹曲面１２が形成されているため、単位レンズ１１の中心軸Ｘからの方向に応じて異なる幅を有する間隙に対応して、広い範囲に凹曲面１２を形成することができる。これにより、図１１に示すように、間隙が平坦であると間隙部１３から素抜けてしまう光（図１１の点線矢印を参照）を屈曲させることができ、マイクロレンズアレイシート１の輝度を確保しつつ隠蔽性を向上させることができる。
【実施例】
【００６９】
実施例として、直径５６μｍの単位レンズをピッチ６０μｍで六方配列に配置したマイクロレンズアレイシートを作成した。また、比較例として、単位レンズの直径およびピッチが実施例と同様で間隙部が平坦のもの（比較例１）、および間隙部にサンドブラスト法によりＲａ＝０．３μｍのマット処理をしたもの（比較例２）を作成した。
【００７０】
基板の材料はポリエチレンテレフタラートとし、単位レンズの材料はウレタンアクリレート系の紫外線硬化性樹脂とした。
【００７１】
実施例および比較例に係るマイクロレンズアレイシートの光学特性を、ＪＩＳ Ｋ７１０５−１９８１、Ｋ７３７４に準拠して計測した。結果を下の表に示す。写像性の計測では、透過法による装置を用い、光学くしの暗部と明部の幅を２．０ｍｍとした。また、隠蔽性は、目視により観察した。なお、相対輝度は、比較例１の結果を１とした場合の相対値である。
【００７２】
【表４】
【００７３】
実施例のマイクロレンズアレイシートは、凹曲面を備えていない比較例１と比較して輝度が低下することなく、かつ隠蔽性が向上された。また、ヘイズも上昇し、写像性の値も低くなっていることからも、マイクロレンズアレイシートの隠蔽性の機能が向上していることが確認できる。
【００７４】
一方で、サンドブラストにより隠蔽性を向上させた比較例２においては、隠蔽性は、比較例１よりよくなっているものの、実施例のマイクロレンズアレイシートよりも劣り、かつ、相対輝度が低下した。
【００７５】
なお、本発明は上述した実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の範囲内で種々改変することができる。例えば、本実施形態では、単位レンズ１１，１１Ａは六方配列または正方配列であるが、図１２に示すようにランダム配列で単位レンズ１１Ｂが配列されてもよく、配列方法は限定されない。特に、不規則な配列の場合、単位レンズが大きくても、液晶パネルの画素との間で、モアレが生じにくく好ましい。また、多数設けられる単位レンズの大きさが、各々で異なってもよい。また、図１３（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、六方配列、正方配列またはランダム配列の分布を有する大きな単体レンズ１１Ｃ〜１１Ｅの間に、別の分布を有する小さな単体レンズ１１Ｆ〜１１Ｈが配列されたマイクロレンズアレイシートの間隙部を凹曲面としてもよい。
【符号の説明】
【００７６】
１，３０ マイクロレンズアレイシート、
２ 基板、
１１，１１Ａ〜１１Ｈ，３１ 単位レンズ、
１２，１２Ａ，３２ 凹曲面、
１３，１３Ａ，３３ 間隙部、
１４，１４Ａ 稜線、
１５，１５Ａ 凹領域、
１６，１６Ａ 最下部、
１７，１７Ａ 低点、
ａ 凹曲面の半径、
ｈ 凹曲面の高さ、
ｒ 単位レンズの半径、
Ｒｂ 稜線の曲率半径、
Ｒｃ 最下点の曲率半径、
Ｘ 中心軸。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を透過する基板と、
前記基板の一方面に配置される複数の単位レンズと、を有し、
前記単位レンズ同士の間の隙間に凹状の曲面である凹曲面が形成され、当該凹曲面が単位レンズの光軸に沿う中心軸に対して非回転対称に形成された、バックライト用のマイクロレンズアレイシート。
【請求項２】
隣接する前記単位レンズ同士の間に稜線が形成され、隣接する少なくとも３つの単位レンズの間に、当該単位レンズおよび前記稜線によって囲まれる凹領域が形成され、
前記単位レンズの中心軸と前記凹領域の最も深い最下部とを通る断面における前記凹曲面の曲率半径が、前記稜線に沿う断面の曲率半径よりも大きい、請求項１に記載のマイクロレンズアレイシート。
【請求項３】
前記単位レンズの中心軸と前記凹領域の最も深い最下部とを通る断面における前記凹曲面の高さが、前記単位レンズの半径の１０％以上であって３５％以下である、請求項１または２に記載のマイクロレンズアレイシート。
【請求項４】
前記単位レンズの中心軸と前記凹領域の最も深い最下部とを通る断面における前記凹曲面の曲率半径が、前記単位レンズの半径の１０％以上であって５０％以下である、請求項１〜３のいずれか１項に記載のマイクロレンズアレイシート。
【請求項５】
前記単位レンズの間に存在する平坦部の面積比率が、マイクロレンズアレイシートの全体面積に対して１％以下である、請求項１〜４のいずれか１項に記載のマイクロレンズアレイシート。
【請求項１】
光を透過する基板と、
前記基板の一方面に配置される複数の単位レンズと、を有し、
前記単位レンズ同士の間の隙間に凹状の曲面である凹曲面が形成され、当該凹曲面が単位レンズの光軸に沿う中心軸に対して非回転対称に形成された、バックライト用のマイクロレンズアレイシート。
【請求項２】
隣接する前記単位レンズ同士の間に稜線が形成され、隣接する少なくとも３つの単位レンズの間に、当該単位レンズおよび前記稜線によって囲まれる凹領域が形成され、
前記単位レンズの中心軸と前記凹領域の最も深い最下部とを通る断面における前記凹曲面の曲率半径が、前記稜線に沿う断面の曲率半径よりも大きい、請求項１に記載のマイクロレンズアレイシート。
【請求項３】
前記単位レンズの中心軸と前記凹領域の最も深い最下部とを通る断面における前記凹曲面の高さが、前記単位レンズの半径の１０％以上であって３５％以下である、請求項１または２に記載のマイクロレンズアレイシート。
【請求項４】
前記単位レンズの中心軸と前記凹領域の最も深い最下部とを通る断面における前記凹曲面の曲率半径が、前記単位レンズの半径の１０％以上であって５０％以下である、請求項１〜３のいずれか１項に記載のマイクロレンズアレイシート。
【請求項５】
前記単位レンズの間に存在する平坦部の面積比率が、マイクロレンズアレイシートの全体面積に対して１％以下である、請求項１〜４のいずれか１項に記載のマイクロレンズアレイシート。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１１−１３４６０９（Ｐ２０１１−１３４６０９Ａ）
【公開日】平成２３年７月７日（２０１１．７．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２９３４１２（Ｐ２００９−２９３４１２）
【出願日】平成２１年１２月２４日（２００９．１２．２４）
【出願人】（５００００５０６６）チェイル インダストリーズ インコーポレイテッド (263)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年７月７日（２０１１．７．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１２月２４日（２００９．１２．２４）
【出願人】（５００００５０６６）チェイル インダストリーズ インコーポレイテッド (263)
【Ｆターム（参考）】
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