レンズシート、バックライトユニット、及び画像表示装置
【課題】面光源装置、及びこれを備えるバックライトユニット及び画像表示装置において、導光板の散乱反射パターンのドットの視認性を低減するとともに、高輝度・薄型化を図る。
【解決手段】１方向のレンチキュラーレンズシートの単位レンズを回転させて、ドットのイメージを線に変化をし、その上に一次元または２次元の光学シートと組合せて導光板１３の上に配置してなることを特徴とするバックライト構成である。
【解決手段】１方向のレンチキュラーレンズシートの単位レンズを回転させて、ドットのイメージを線に変化をし、その上に一次元または２次元の光学シートと組合せて導光板１３の上に配置してなることを特徴とするバックライト構成である。
【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面光源装置としてのレンズシート、バックライトユニットおよび画像表示装置に関する。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、バックライトユニット、および画像表示装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、大型の液晶テレビ等のディスプレイ装置においては、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）を光源として配置したサイドライト方式のエッジライトバックライトユニットが採用されている。導光板ライトガイド方式のバックライトユニットが搭載された液晶ディスプレイ装置としては、例えば、図１１に示すものが一般に知られている。
【０００３】
図１１に示すように、この種の液晶ディスプレイ装置は、画像表示装置３１と、光源１４としての線状のランプ１４２と、導光板１３と、導光板１３の上面側に配設される光拡散シート１６と、光拡散シート１６の上面側に配設されるレンズシート（「プリズムシート」ともいう）１７と、レンズシート１７の上面側に配設される反射偏光シート１９とを備える。上記画像表示装置３１は、液晶パネル２３と、その液晶パネル２３の表裏両面に配置される偏光板２１とからなる。その画像表示装置３１の下面側に、光源１４としての線状のランプ１４２が配置される。上記導光板１３は、ランプ１４２に端部が沿うように配置され、略方形板状を呈するＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）やアクリル等の透明な基材からなる。
【０００４】
更に、導光板１３に導入された光を効率よく液晶パネル２３に向け均一となるように散乱して反射されるための散乱反射パターン１１が、導光板１３の下面に印刷などによって設けられる。また、散乱反射パターン１１の下方に反射板１２が設けられている。
なお、図１１に使われている光学シート群２７は、レンズシート１７が１枚しか記載されていないが、２枚のレンズシート１７が配設される場合もある。また、反射偏光シート１９の代わりに、レンズシート１７の上方に配設される場合もある。
【０００５】
また、上記導光板１３には、その側端部に光源１４が設けられており、さらに、光源１４の光を効率よく導光板１３中に入射させるべく、光源１４の背面側を覆うようにして高反射率のリフレクター１５が設けられている。
上記散乱反射パターン１１は、白色である二酸化チタン（ＴｉＯ２）粉末を透明な接着剤等の溶液に混合した混合物を、所定パターン、例えばドットパターンにて印刷し乾燥、形成したものであり、導光板１３内に入射した光に指向性を付与し、光射出面側へと導くようになっており、高輝度化を図るための工夫である。
【０００６】
上記のバックライトユニット２９の機能を説明すると、まず、光源１４より導光板１３に入射した光線は、導光板内に反射を繰り返しつつ進行していき、導光板１３裏面の散乱反射パターン１１または反射板１２および導光板１３の各側面で反射され、導光板１３表面から出射される。この光線は光拡散シート１６に入射し、光拡散シート１６で拡散され、光拡散シート１６表面より出射される。その後、光拡散シート１６から出射された光線は、レンズシート１７に入射し、光学シート群２７表面から出射され、光学シート群２７から出射された光線は、反射偏光シート１９に入射し、一つの偏光方向の光線は反射偏光シート１９から出射され、さらに上方の画像表示素子３１全面を照明する。
【０００７】
もっとも、エッジライト表面の輝度分布を導光板の形状や屈折率のみで調整することは容易ではなく、種々の調整手段が提案されている。例えば、導光板の裏面に光散乱反射パターン１１を入射端から離れるに従って高密度で付着させ、その付着面に鏡面反射板または白色反射シートを密接させることがよく使われている。
上記のバックライトユニット２９においては、光散乱反射パターンのドットイメージがディスプレイ画面において視認されないように、非常に光散乱性の強い光拡散シート１６を用いている。そして、例えば特許文献１〜３のように、導光板の射出面に配置したものがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平７−１９８９１１号公報
【特許文献２】特開平７−２３０００１号公報
【特許文献３】特開２００５−２４１９１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、近年のディスプレイ装置に対してはその薄型化の要求が高まっており、上記従来のサイドライト方式のエッジライトバックライトユニットにおいても、ディスプレイが拡大されるとともに、軽量の要求に応じて、導光板を薄くする要望がある。しかし、散乱反射パターンのドットの見え防止を得るため、ディスプレイ装置の薄型化に限界が生じる、という問題がある。
【００１０】
また、エッジライトバックライトユニットの光源として、ＣＣＦＬからＬＥＤに変更され、さらに、ＬＥＤの高輝度化により、導光板の４辺照明から、１辺照明まで実現されている。
なお、光源に基づく画面の輝度ムラの低減、散乱反射パターンドットの視認性を低減及びディスプレイ装置の薄型化の両方を図るためには、拡散シートの拡散性を増やすことも考えられるが、全光線透過率が著しく低下するため、依然として画面表示が暗くなるという問題がある。また、散乱反射パターンのドットムラを消すために使われているフィルム枚数が多くなって、コストが上がる一方、光吸収または集光不足によりの輝度低下も生じる。
【００１１】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、画面表示の輝度向上を図りながら、導光板の散乱反射パターンのドットの視認性を解消することができ、さらに、少ない光学シートで薄型化も図ることが可能なレンズシート、これを備えるバックライトユニット及び画像表示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】
【００１２】
上記の課題を解決するために、請求項１に記載した発明は、シート状の透光性基材の一方の面にレンズアレイが形成され、そのレンズアレイは、一方向に沿って配列すると共に互いが平行に配置された複数のレンズを備え、上記複数のレンズの少なくとも一部のレンズの光学軸は、上記基材の厚み方向である正面方向に対し傾斜した回転角度が付いていることを特徴とするレンズシートを提供するものである。
【００１３】
次に、請求項２に記載した発明は、請求項１に記載した構成に対し、上記各レンズの光学軸の正面方向に対する回転角度は、基材の一端部から離れるほど小さくなっていくことを特徴とするものである。
次に、請求項３に記載した発明は、光源と、光源からの光を端面から入射すると共に表面から光を射出する導光板と、導光板の上記表面とは反対側の裏面に設けた散乱反射パターンと、上記導光板の表面側に配置した請求項１または請求項２に記載のレンズシートと、を備えることを特徴とするバックライトユニットを提供するものである。
【００１４】
次に、請求項４に記載した発明は、請求項３に記載した構成に対し、上記散乱反射パターンはドットパターンであり、そのドットパターン配列の最小２次元ユニットが菱形ドットパターンであり、
上記レンズアレイの単位レンズの光学軸回転角度を導光板上に投射した方向は、上記菱形ドットパターンの長い対角線と平行若しくは略平行となっていることを特徴とするものである。
【００１５】
次に、請求項５に記載した発明は、請求項３または請求項４に記載した構成に対し、 上記散乱反射パターンはドットパターンであり、
上記レンズアレイの単位レンズの光学軸回転角度は、ドットパターンのドットサイズが小さい箇所の上側に位置する単位レンズの光学軸回転角度が、ドットパターンのドットサイズが大きい箇所の上側に位置する単位レンズの光学軸回転角度よりも大きいことを特徴とするものである。
【００１６】
次に、請求項６に記載した発明は、表示画像を規定する画像表示素子と、上記画像表示素子の背面に配置された、請求項３〜請求項５のいずれか１項に記載のバックライトユニットと、を備えることを特徴とする画像表示装置を提供するものである。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、導光板の散乱反射パターンから射出された光を、光均一化要素となるレンズシートによって、高輝度で薄型化しても輝度ムラ、散乱反射パターンのドットの視認性を低減できる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ができる。
また、本発明のレンズシートを採用した場合には、導光板の光学シートの枚数を増やすことなく、バックライトのコストを押さえることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の導光板ライトガイド方式バックライトユニットが搭載された液晶ディスプレイ装置の一例を示す断面図である。
【図２】導光板の散乱反射パターンの一例を示す図である。
【図３】一方向拡散機能を持つレンズシートの一例を示す図である。
【図４】導光板、散乱反射パターン、レンズシートの機能を示す断面図である。
【図５】導光板、散乱反射パターン、レンズシートの機能を示す断面図である。
【図６】レンズシートの一例を表す断面図である。
【図７】本発明に基づく実施形態に係るレンズシートの一例を表す断面図である。
【図８】本発明に基づく実施形態に係るレンズシートの一例を表す断面図である。
【図９】本発明に基づく実施形態に係るレンズシートの一例を表す断面図である。
【図１０】本発明に基づく実施形態に係るレンズシートの一例を表す断面図である。
【図１１】導光板ライトガイド方式バックライトユニットが搭載された液晶ディスプレイ装置の一例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明に係る実施形態を図面を参照して説明する。
図１は、本実施形態における、光均一化要素となるレンズシート１８、バックライトユニット２９および画像表示装置３３の一例を示す断面模式図である。
【００２０】
（バックライトユニット２９および画像表示装置３３の構成について）
本実施形態の画像表示装置３３は、図１に示すように、画像表示素子３１とバックライトユニット２９とから構成されている。本実施形態のバックライトユニット２９は、エッジライト２５と、少なくとも１種類以上の光学シート群２７とから構成される。
【００２１】
上記１種類以上の光学シート群２７には、レンズシート１８が含まれる。
また、上記エッジライト２５は、光源１４、リフレクター１５、導光板１３、散乱反射パターン１１、及び反射板１２を備える。
【００２２】
上記光源１４は、画像表示素子３１へと光を供給するものである。光源１４としては、たとえば、ＬＥＤなどを用いることができる。光源１４に用いるＬＥＤは、例えば青色発光ダイオードに黄色蛍光体を添加した擬似白色ＬＥＤや、ＲＧＢ型ＬＥＤが挙げられる。図１では、光源１４として、ＬＥＤ光源（ＬＥＤバー１４１）を例示している。
【００２３】
リフレクター１５は、光源１４の光を効率よく導光板１３中に入射させるために、光源１４の背面側を覆うように配置されている。
上記複数の光源１４は、導光板１３の端面に配置され、また、上記導光板１３の裏面には散乱反射パターン１１が設けられ、その下に反射板１２が配置される。そして、導光板１３の表面側（観察者側方向Ｆ）に上記光学シート群２７が配置される。
【００２４】
導光板１３から射出された光は、レンズシート１８で拡散、集光し、反射板１２で反射され、上記光学シート群２７を透過することで、バックライトユニット２９から射出される光が、画像表示素子３１に入射し、観察者側Ｆへと射出される。
【００２５】
上記反射板１２は、観察者側Ｆと反対側である導光板１３の裏面側に配置され、導光板１３から射出された光のうち、観察者側Ｆに配置された複数の光学部材により反射された光を反射させて観察者側Ｆに射出させる。このように反射板１２を用いることによって、光の利用効率を高めることができる。反射板１２としては、光を高効率で反射させる部材であればよく、たとえば、一般的な反射フィルム、反射板などを使用することができる。
【００２６】
上記導光板１３の裏面に散乱反射パターン１１は、導光板１３から観察者側Ｆへと光を供給するために設けられる。このとき、画像表示素子３１に輝度ムラがなく、均一な照明が得られるように、導光板１３１の散乱反射パターン１１は場所によって異ならせている（図１を参照）。
【００２７】
ここで、導光板１３の端面にある光源１４に近いところでは、導光板１３の導光量が大きいため、散乱反射パターン１１の散乱が少なく、導光板１３の端面から離れるにつれて、導光量が段々減って行く。このため、散乱反射パターン１１の散乱が大きくなって行く必要がある。
【００２８】
散乱反射パターン１１の散乱性を変える方法としては、例えば次のような方法がある。すなわち、散乱反射パターン１１がドットで構成される場合、ドットの配置が固定（ドットの周期が一定）であれば、ドットの大きさを変える方法がある。またドットの大きさが固定であれば、ドットの密度（ドットの周期が異なる）を変える方法がある。
【００２９】
図２は、導光板１３の散乱反射パターン１１の散乱性の一般的な変更方法を示す概念図である。図２に示す散乱反射パターンは、ドットの配置が固定であり、六方配列になっている場合の例である。図２では導光板１３の下端面に 光源１４としてＬＥＤバー１４１が配置されている。光源１４の近いあたりに、ドットの大きさが小さい散乱反射パターン１１１があり、光源１４から遠いあたりに、ドットの大きさが大きい散乱反射パターン１１２がある。図２では、導光板１３の散乱反射パターン１１が変わっている方向をｙ方向として示している。導光板１３の散乱反射パターン１１は光源１４からの導光量が変わらなければ、光源１４の並び方向であるｘ方向では変化しない。
【００３０】
ここで、ドットの配置が六方配列になっている場合は、図２に示すように、散乱反射パターンを構成するドットパターンは、菱形ドットパターンとなる。菱形ドットパターンとは、ドッドを結ぶ形状が菱形の連続パターンとなることを指す。このような菱形のドットパターンにした方が、隠匿性が高くなる。その理由は、例えばシリンドリカルレンズを考えると、光の広がりが下にあるシリンドリカルレンズによる広がりと垂直方向となるので、隠匿性が向上するためである。すなわち、シリンドリカルレンズの並び方向に延びた楕円のような光の広がりによって隠匿性が向上する。
【００３１】
ところで、従来にあっては、光源１４の光量が足りなかったため、小さい導光板方式の画像表示装置しか無かった。しかし、近年、ＬＥＤは小型で光量が大きくなってきたため、最近の大型画像表示装置にも導光方式画像表示装置が普及になってきている。そこで、ドットの周期が１ｍｍ〜２ｍｍ程度と変わりが無く、小型画像表示装置では最小のドットの大きさが５００ミクロン程度だったのが、大型画像表示装置では最小のドットの大きさが２００ミクロン程度になっている。更に、大型ディスプレイは、重量の削減が要求され、導光板１３の厚みを小さくすることが望まれている。
【００３２】
上記の導光方式大型画像表示装置におけるドットの最小の大きさでは、従来の光学シートでドットの視認性を得ることが困難になっている。なお、導光板１３の厚みが小さくなることが予想されているため、更に、ドットの視認性の問題が深刻になる。
【００３３】
（レンズシートの構成について）
上記問題に対応した本実施形態のレンズシート１８は、図１に示すように、シート状の透光性基材の一方の面にレンズアレイが形成され、そのレンズアレイは、一方向に沿って配列すると共に互いが平行に配置された複数のレンズ１８ａを備え、上記複数のレンズ１８ａの少なくとも一部のレンズの光学軸Ｊは、上記基材の厚み方向である正面方向Ｎに対し傾斜した回転角度θが付いている。
【００３４】
また、上記各レンズ１８ａの光学軸Ｊの正面方向Ｎに対する回転角θは、基材の少なくとも一端部（例えば図１中左辺の端部）から離れるほど小さくなっていくようになっていることが好ましい。
また、上記散乱反射パターンがドットパターンであり、そのドットパターン配列の最小２次元ユニットが菱形ドットパターンである場合には、上記レンズアレイの単位レンズ１８ａの光学軸回転角度θを導光板１３上に投射した方向は、上記菱形ドットパターンの長い対角線と平行若しくは略平行となっていることが好ましい。
【００３５】
さらに、上記散乱反射パターンがドットパターンである場合には、上記レンズアレイの単位レンズ１８ａの光学軸回転角度θは、ドットパターンのドットサイズが小さい箇所（光源に近い位置）の上側に位置する単位レンズの光学軸回転角度θが、ドットパターンのドットサイズが大きい箇所の上側に位置する単位レンズ１８ａの光学軸回転角度θよりも大きいことが好ましい。
【００３６】
ここで、上記レンズシート１８の基材に用い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。
【００３７】
また、レンズシート１８に形成する光拡散領域は、光拡散粒子からなることが好ましい。好適な拡散性能を容易に得ることができるためである。
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を用いることができる。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、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。
【００３８】
また、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。さらにまた、透明粒子の大きさ、形状は、特に規定されない。
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。このような拡散板として、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。
【００３９】
また画像表示素子３１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、他の表示素子と比べて、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。
【００４０】
（レンズシートの作用について）
反射ドットのサイズを少なくとも小さくしなければならない。このとき、反射ドットの視認性を下げるため、光学シートの枚数を増やすことによって、隠蔽性が上がるが、光吸収が増加になるので、輝度は下がる。これに対し、本実施形態のレンズシートを採用すると、少ない枚数で 反射ドットの視認性、いわゆる隠蔽性かつ高輝度が得られる。
【００４１】
これの点について、以下に説明する。
本実施形態のバックライトユニット２９は、図１に示すように、導光板１３の表面側に、レンズシート１８と、その上に他の光学シート１７，１９を配置して構成される。
上記レンズシート１８の役割を説明するため、最初に、通常の一方向拡散機能を持つレンズシートの構成について説明する。
【００４２】
（一方向拡散機能を持つレンズシート）
一方向拡散機能を持つレンズシート１８０は、図３に示すように、一方の面に形成され一方向に沿って配列する複数のレンズ１８０ａからレンズアレイが形成されている。レンズ配列方向、いわゆる、レンズパワーがある方向を、図３ではＶ方向と示す。各レンズが伸びる方向、いわゆる、並んでいるレンズのパワーが無い方向を、図３ではＨ方向と示す。
【００４３】
図６（ａ）は、図３のレンズシート１８０の断面形状を示す。レンズシートの単位レンズの光学軸Ｊは、レンズシート１８０の厚み方向である正面方向Ｎと平行となっている。このレンズシート１８０の集光機能を、図６（ｂ）に示す。図６（ｂ）に示すように、光源Ｓから、正面方向Ｎに集光された光４００を得ることができる。
【００４４】
図４に、図３または図６に示す一方向拡散機能を持つレンズシート１８０を導光板１３の上に設置した場合の拡散機能を示す。図４（ａ）は断面形状を示し、図４（ｂ）は、正面からの輝度分布を示すグラフである。図４ではレンズシート１８０のＶ方向は導光板１３のｙ方向と略平行に設置されている。
【００４５】
ＬＥＤ光源１４１は導光板１３の端面に設置され、光が導光板１３に入射される。導光板１３に導光する光は導光方向Ｇに進む。導光する光は、散乱反射パターン１１に入射したときに散乱され、様々な方向に射出されることで、一部の光は導光板１３から出て行く（図４では散乱光２０として示している。）。そして、レンズシート１８０に集光された光は観察側Ｆの正面方向に向かう。このとき、観察側Ｆの正面方向に向けた光の光量をグラフで表すと図４（ｂ）となる。図４のＰ−Ｓの点では輝度が低いに対して、Ｐ−Ｅの点では輝度が非常に高い。その理由としては、ＬＥＤ光源１４１が近いことと、導光方向Ｇであるため、散乱反射パターン１１のドットからの拡散反射分布Ｌは図４に示すように、まだ強い正反射光より、強いピークがある。そのため、Ｐ−Ｓの点より、Ｐ−Ｅの点に光量が多く、分布のコントラストが大きい。結局、観察側Ｆから、レンズシート１８０の上に他の光学シートを配置しても、散乱反射パターン１１のドットの視認性が生じる。
【００４６】
（本実施形態のレンズシートの第１例）
図７（ａ）は本実施形態のレンズシート１８２の断面形状の例を示す図である。
この例では、レンズシート１８２の単位レンズ１８２ａの光学軸Ｊは、レンズシート１８２の正面方向Ｎに対し回転角度θだけ傾いている。この回転角度θを付けることで、隣り合う単位レンズ１８２ａで形成される谷部の角度は、角度が異なるΦ１とΦ２とからなる。図７（ａ）ではΦ１はΦ２より小さい場合を例示している。このレンズシート１８２の集光機能を図７（ｂ）に示す。図７（ｂ）に示すように、光源Ｓから、正面方向Ｎに集光された光４０１が得られる。図６の場合と比較すると、集光された光の視野がシフトしていることが分かる。
【００４７】
図５に、上記図７に示す実施形態のレンズシート１８２を導光板１３の上に設置した場合の拡散機能を示す。図５（ａ）は断面形状を示し、図５（ｂ）は、正面からの輝度分布を示すグラフである。
【００４８】
図５では、レンズシート１８２のＶ方向が導光板１３のｙ方向と略平行に設置されている場合の例である。この場合も、ＬＥＤ光源１４１は導光板１３の端面に設置され、光が導光板１３に入射される。導光板１３に導光する光は導光方向Ｇに進む。導光する光は、散乱反射パターン１１に入射したとき、光が散乱されることで、様々な方向に射出され、一部の光が導光板１３から出て行く（図５では散乱光２０と示している。）。そして、レンズシート１８２で集光された光は、観察側Ｆの正面方向に向かう。
【００４９】
ここで、観察側Ｆの正面方向に向けた光の光量をグラフで表すと図５（ｂ）となる。図５のＰ−Ｓの点では輝度が低いのに対し、Ｐ−Ｅの点では輝度がピーキーではなく、幅を持つ輝度分布を持ち、線として認識される。その理由としては、本実施形態のレンズシート１８２のレンズ形状により、光を立ち上げる力は散乱反射パターン１１のドットの位置に近づいたからであり、Ｐ−Ｅのところから、図７（ｂ）に示す集光シフト機能効果により、Ｐ−Ｓ方向に移動したと言える。そのため、ＬＥＤ光源１４１が近いところであっても、導光方向Ｇによって、散乱反射パターン１１のドットからの拡散反射分布Ｌは図５に示すように、まだ強い正反射光より、強いピークがあるにもかかわらず、Ｐ−Ｓの点とＰ−Ｅの点の間に光量がなだらかになる。
【００５０】
このように図４（ｂ）の分布に比べ、図５（ｂ）で示す分布のコントラストの方が低くなる。これによって、観察側Ｆから、レンズシート１８２の上、散乱反射パターン１１のドットが線として伸びるように見え、視認性が減る。そして、別途、他の光学シートを配置すれば、散乱反射パターン１１のドットの視認性がなくなるようにできる。すなわち、少ない光学シートによってドットの視認性を抑制することができる。
【００５１】
（本実施形態のレンズシートの第２例）
図８は本出願のレンズシート１８のもう一つの例を示す図である。
レンズシート１８４の単位レンズの光学軸Ｊはレンズシート１８４の正面方向Ｎと平行であるが、レンズシート１８４の単位レンズ１８４ａの各形状が光学軸（レンズ頂部）の左右で異なる形状となっている。すなわち、二つの異なるレンズ形状を合わせたような単位レンズ１８４ａとなっている。このとき、光学軸Ｊ（＝正面方向Ｎ）に対し、左側のレンズ形状の谷部角度をΦ２とし、右側のレンズ形状の谷部角度をΦ１とした場合に。図８ではΦ１がΦ２より小さく設定した場合である。
この場合であっても、上記第１例と同様な作用を奏する。
【００５２】
（本実施形態のレンズシートの第３例）
図９は本出願のレンズシート１８のもう一つの例を示す図である。
この例では、各単位レンズの光学軸Ｊのレンズシート１８６の正面方向Ｎに対する回転角度θを、単位レンズ１８６ａの形成位置によって異なるようにしたものである。この図９の例では、レンズシートのＶｍｉｎ端部位置では回転角度θが最大θｍａｘになり、レンズシートの端部から離れていくにつれて、回転角度θが小さくなっている。
【００５３】
このようなレンズシート１８６の機能としては、例えば図５のように導光板１３の上に配置した場合、導光板１３の端部にあるＬＥＤ光源１４１に近くにレンズシート１８６のＶｍｉｎがあると、散乱反射パターン１１のドットの視認性に効果が最大となる。そして、ＬＥＤ光源１４１から離れて行くにつれて、導光板１３内部でＬＥＤ高原１４１の光が広がっていくか、導光板１３の他の端面から光が戻るため、ＬＥＤ光源１４１から離れるほどレンズシートの回転角度θが必要でなくなる。
【００５４】
（本実施形態のレンズシートの第４例）
図１０は本出願のレンズシート１８８のもう一つの例を示す図である。
図９に示す回転角度θは正面方向Ｎの右側にあるため正数としたら、図１０の回転角度θは負数となっている。
【００５５】
この例でも、図９と同様に、各単位レンズ１８８ａの光学軸Ｊのレンズシート１８８の正面方向Ｎに対する回転角度θを、単位レンズの形成位置によって異なるようにしたものである。但し、この例では、レンズシートのＶｍｉｎ端部位置では回転角度θが最大θｍａｘになり、レンズシートの端部から離れていくにつれて、回転角度θが小さくなっている。
【００５６】
このようなレンズシート１８８の機能としては、例えば図５のように導光板１３の上に配置した場合、導光板１３の端部にあるＬＥＤ光源１４１の近くにレンズシート１８８のＶｍｉｎがあると、散乱反射パターン１１のドットの散乱分布Ｌが、レンズシート１８８を通して、観察側Ｆの方向に射出される光がＰ−Ｅで強いピークがなく、逆にＰ−Ｓの点で光量が拡大される。この結果、コントラストが低くなり、ドットの視認性が低くなる。
【００５７】
図９で説明したように、ＬＥＤ光源１４１から離れて行くにつれて、導光板１３内部でＬＥＤ高原１４１の光が広がっていくまたは導光板１３の他の端面から光が戻るため、ＬＥＤ光源１４１から離れるほどレンズシートの回転角度θが必要でなくなる。
【００５８】
（本実施形態のレンズシートと他の光学シートとの組み合わせについて）
ここで、以上種々の例を挙げて説明してきた本実施形態のレンズシート１８における、導光板１３に設けた散乱反射パターン１１のドットの視認性に対する効果は、レンズシート単体では不十分である。しかし、図１で示すように、レンズシート１８は 他の光学シート１７，１９と組合せることによって、導光板１３の散乱反射パターン１１のドットの視認性をより確実に防止することができるようになる。
【００５９】
上記他の光学シートとしては、一方向拡散機能を持つ光学シートであれば（例えば、レンチキュラー、プリズムシート）、本出願のレンズシート１８のレンズの配列方向に対し直角となるように設置することが望ましい。
また、二次元拡散機能を持つ光学シートであれば（例えば、ピラミッド、クロスレンチシート、マイクロレンズ）、その設置方向は特に限定されずに、組合せることが可能です。
【００６０】
また、導光板１３の散乱反射パターン１１のドット配列が六方配列であれば（図２を参照）、レンズシートのＶ方向は、ドットの間隔が長い方向であるｙ方向と略同等方向で設置することが望ましい。
以下、本発明を実施例に基づいて詳細に説明する。
なお、本発明はこれらの実施例のみに限定されるものではない。
【実施例１】
【００６１】
「実施例１」
レンズシート１８０（図６参照）として、ＰＥＴ基材に紫外線硬化樹脂で作製したレンチキュラーシートを使用した。レンチキュラーの単位レンズピッチが１２０μｍ、レンズ高さが５０μｍとした。レンズシート１８０と組合せる光学シートとして、ＰＥＴ基材に紫外線硬化樹脂で作製したピラミッドシートを使用した。ピラミッドアレイの縦方向と横方向のレンズピッチが５０μｍ、頂角９０°とした。更に、光反射偏光シートも用意した。
【００６２】
レンズシート１８０とピラミッドシートと光反射偏光シートを大型ディスプレイ用の導光板１３の上に配置した。
【００６３】
「実施例２」
レンズシート１８２（図７参照）として、ＰＥＴ基材に紫外線硬化樹脂で作製したレンチキュラーシートを使用した。レンチキュラーの単位レンズピッチが１２０μｍ、形状は実施例１と同じあるが、垂直（正面方向）に対し、レンズの回転角を２０度にした。レンズシート１８２と組合せる光学シートとして、ＰＥＴ基材に紫外線硬化樹脂で作製したピラミッドシートを使用した。ピラミッドアレイの縦方向と横方向のレンズピッチが５０μｍ、頂角９０°とした。更に、光反射偏光シートも用意した。
【００６４】
レンズシート１８２とピラミッドシートと光反射偏光シートを大型ディスプレイ用の導光板１３の上に配置した。レンズシート１８２の回転した角度の方向を導光板１３の導光方向と同じにした（図５と同じ方向）。
【００６５】
「実施例３」
レンズシート１８４（図８参照）として、ＰＥＴ基材に紫外線硬化樹脂で作製したレンチキュラーシートを使用した。レンチキュラーの単位レンズピッチが１２０μｍ、形状は実施例１と同じあるが、垂直（正面方向）より、レンズの回転角を２０度にした。レンズシート１８４と組合せる光学シートとして、ＰＥＴ基材に紫外線硬化樹脂で作製したピラミッドシートを使用した。ピラミッドアレイの縦方向と横方向のレンズピッチが５０μｍ、頂角９０°とした。更に、光反射偏光シートも用意した。
【００６６】
レンズシート１８４とピラミッドシートと光反射偏光シートを大型ディスプレイ用の導光板１３の上に配置した。レンズシート１８４の回転した角度の方向を導光板１３の導光方向と反対にした（図５と異なる方向）。
【００６７】
「比較例１」
プリズムシートとピラミッドシートと光反射偏光シートを大型ディスプレイ用の導光板１３の上に配置した。
「比較例２」
高拡散シートとピラミッドシートと光反射偏光シートを大型ディスプレイ用の導光板１３の上に配置した。
【００６８】
以上のような実施例、及び比較例で作成した光学シートを導光板１３の上に置いた状態で、導光板１３の端面に近いところ、散乱反射パターンのドットが一番小さいところを観察し、ドットの視認性について評価を行った。
評価にあたっては、正面方向からバックライトユニットを眺めた場合と、正面方向に対して４０°傾斜した位置からバックライトユニットを眺めた場合の２通りのドットの視認性の有無を確認した。ドットが完全に消えた場合を◎とし、ドットが視認された場合×とした。
【００６９】
表１にその結果を示す。
【００７０】
【表１】
【００７１】
表１から分かるように、実施例１、２、３の場合、ドットが視認されにくいが 回転角度が付いたレンチキュラーでは、回転角度が無いものより効果が確認された。実施例３では、傾斜した位置から眺めるとドットが若干視認された。また、実施例２にした構成では輝度が実施例３より若干高かった。
【００７２】
比較例１の場合、正面輝度が高いがドットの視認性が確認された。特に傾斜した位置から眺める場合に視認された。比較例２の場合、ドットの視認性が無くなるが、輝度が低いと確認した。
以上の実施例及び比較例の結果から、導光板１３の上に、本実施形態のレンズシート１８を配置することで、他の光学シートと組合せることで 導光板１３の散乱反射パターンのドットの視認性を低減する効果が得られることが確認できた。
【符号の説明】
【００７３】
Ｊ・・・光学軸
θ・・・回転角度
Φ、Φ１、Φ２・・・レンズ谷部角度
１１、１１１、１１２・・・散乱反射パターン
１２・・・反射板
１３・・・導光板
１４・・・光源
１７・・・レンズシート
１８、１８０、１８２、１８４、１８６、１８８・・・レンズシート
２５・・・エッジライト
２７・・・光学シート
２９・・・バックライトユニット
３１・・・画像表示素子
３３・・・画像表示装置
Ｖ・・・光均一化要素の垂直方向（パターンが有る方向）
Ｈ・・・光均一化要素の水平方向（周期パターンが無い方向）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、照明光路制御に用いられる面光源装置としてのレンズシート、バックライトユニットおよび画像表示装置に関する。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、バックライトユニット、および画像表示装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、大型の液晶テレビ等のディスプレイ装置においては、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）を光源として配置したサイドライト方式のエッジライトバックライトユニットが採用されている。導光板ライトガイド方式のバックライトユニットが搭載された液晶ディスプレイ装置としては、例えば、図１１に示すものが一般に知られている。
【０００３】
図１１に示すように、この種の液晶ディスプレイ装置は、画像表示装置３１と、光源１４としての線状のランプ１４２と、導光板１３と、導光板１３の上面側に配設される光拡散シート１６と、光拡散シート１６の上面側に配設されるレンズシート（「プリズムシート」ともいう）１７と、レンズシート１７の上面側に配設される反射偏光シート１９とを備える。上記画像表示装置３１は、液晶パネル２３と、その液晶パネル２３の表裏両面に配置される偏光板２１とからなる。その画像表示装置３１の下面側に、光源１４としての線状のランプ１４２が配置される。上記導光板１３は、ランプ１４２に端部が沿うように配置され、略方形板状を呈するＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）やアクリル等の透明な基材からなる。
【０００４】
更に、導光板１３に導入された光を効率よく液晶パネル２３に向け均一となるように散乱して反射されるための散乱反射パターン１１が、導光板１３の下面に印刷などによって設けられる。また、散乱反射パターン１１の下方に反射板１２が設けられている。
なお、図１１に使われている光学シート群２７は、レンズシート１７が１枚しか記載されていないが、２枚のレンズシート１７が配設される場合もある。また、反射偏光シート１９の代わりに、レンズシート１７の上方に配設される場合もある。
【０００５】
また、上記導光板１３には、その側端部に光源１４が設けられており、さらに、光源１４の光を効率よく導光板１３中に入射させるべく、光源１４の背面側を覆うようにして高反射率のリフレクター１５が設けられている。
上記散乱反射パターン１１は、白色である二酸化チタン（ＴｉＯ２）粉末を透明な接着剤等の溶液に混合した混合物を、所定パターン、例えばドットパターンにて印刷し乾燥、形成したものであり、導光板１３内に入射した光に指向性を付与し、光射出面側へと導くようになっており、高輝度化を図るための工夫である。
【０００６】
上記のバックライトユニット２９の機能を説明すると、まず、光源１４より導光板１３に入射した光線は、導光板内に反射を繰り返しつつ進行していき、導光板１３裏面の散乱反射パターン１１または反射板１２および導光板１３の各側面で反射され、導光板１３表面から出射される。この光線は光拡散シート１６に入射し、光拡散シート１６で拡散され、光拡散シート１６表面より出射される。その後、光拡散シート１６から出射された光線は、レンズシート１７に入射し、光学シート群２７表面から出射され、光学シート群２７から出射された光線は、反射偏光シート１９に入射し、一つの偏光方向の光線は反射偏光シート１９から出射され、さらに上方の画像表示素子３１全面を照明する。
【０００７】
もっとも、エッジライト表面の輝度分布を導光板の形状や屈折率のみで調整することは容易ではなく、種々の調整手段が提案されている。例えば、導光板の裏面に光散乱反射パターン１１を入射端から離れるに従って高密度で付着させ、その付着面に鏡面反射板または白色反射シートを密接させることがよく使われている。
上記のバックライトユニット２９においては、光散乱反射パターンのドットイメージがディスプレイ画面において視認されないように、非常に光散乱性の強い光拡散シート１６を用いている。そして、例えば特許文献１〜３のように、導光板の射出面に配置したものがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平７−１９８９１１号公報
【特許文献２】特開平７−２３０００１号公報
【特許文献３】特開２００５−２４１９１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、近年のディスプレイ装置に対してはその薄型化の要求が高まっており、上記従来のサイドライト方式のエッジライトバックライトユニットにおいても、ディスプレイが拡大されるとともに、軽量の要求に応じて、導光板を薄くする要望がある。しかし、散乱反射パターンのドットの見え防止を得るため、ディスプレイ装置の薄型化に限界が生じる、という問題がある。
【００１０】
また、エッジライトバックライトユニットの光源として、ＣＣＦＬからＬＥＤに変更され、さらに、ＬＥＤの高輝度化により、導光板の４辺照明から、１辺照明まで実現されている。
なお、光源に基づく画面の輝度ムラの低減、散乱反射パターンドットの視認性を低減及びディスプレイ装置の薄型化の両方を図るためには、拡散シートの拡散性を増やすことも考えられるが、全光線透過率が著しく低下するため、依然として画面表示が暗くなるという問題がある。また、散乱反射パターンのドットムラを消すために使われているフィルム枚数が多くなって、コストが上がる一方、光吸収または集光不足によりの輝度低下も生じる。
【００１１】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、画面表示の輝度向上を図りながら、導光板の散乱反射パターンのドットの視認性を解消することができ、さらに、少ない光学シートで薄型化も図ることが可能なレンズシート、これを備えるバックライトユニット及び画像表示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】
【００１２】
上記の課題を解決するために、請求項１に記載した発明は、シート状の透光性基材の一方の面にレンズアレイが形成され、そのレンズアレイは、一方向に沿って配列すると共に互いが平行に配置された複数のレンズを備え、上記複数のレンズの少なくとも一部のレンズの光学軸は、上記基材の厚み方向である正面方向に対し傾斜した回転角度が付いていることを特徴とするレンズシートを提供するものである。
【００１３】
次に、請求項２に記載した発明は、請求項１に記載した構成に対し、上記各レンズの光学軸の正面方向に対する回転角度は、基材の一端部から離れるほど小さくなっていくことを特徴とするものである。
次に、請求項３に記載した発明は、光源と、光源からの光を端面から入射すると共に表面から光を射出する導光板と、導光板の上記表面とは反対側の裏面に設けた散乱反射パターンと、上記導光板の表面側に配置した請求項１または請求項２に記載のレンズシートと、を備えることを特徴とするバックライトユニットを提供するものである。
【００１４】
次に、請求項４に記載した発明は、請求項３に記載した構成に対し、上記散乱反射パターンはドットパターンであり、そのドットパターン配列の最小２次元ユニットが菱形ドットパターンであり、
上記レンズアレイの単位レンズの光学軸回転角度を導光板上に投射した方向は、上記菱形ドットパターンの長い対角線と平行若しくは略平行となっていることを特徴とするものである。
【００１５】
次に、請求項５に記載した発明は、請求項３または請求項４に記載した構成に対し、 上記散乱反射パターンはドットパターンであり、
上記レンズアレイの単位レンズの光学軸回転角度は、ドットパターンのドットサイズが小さい箇所の上側に位置する単位レンズの光学軸回転角度が、ドットパターンのドットサイズが大きい箇所の上側に位置する単位レンズの光学軸回転角度よりも大きいことを特徴とするものである。
【００１６】
次に、請求項６に記載した発明は、表示画像を規定する画像表示素子と、上記画像表示素子の背面に配置された、請求項３〜請求項５のいずれか１項に記載のバックライトユニットと、を備えることを特徴とする画像表示装置を提供するものである。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、導光板の散乱反射パターンから射出された光を、光均一化要素となるレンズシートによって、高輝度で薄型化しても輝度ムラ、散乱反射パターンのドットの視認性を低減できる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ができる。
また、本発明のレンズシートを採用した場合には、導光板の光学シートの枚数を増やすことなく、バックライトのコストを押さえることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の導光板ライトガイド方式バックライトユニットが搭載された液晶ディスプレイ装置の一例を示す断面図である。
【図２】導光板の散乱反射パターンの一例を示す図である。
【図３】一方向拡散機能を持つレンズシートの一例を示す図である。
【図４】導光板、散乱反射パターン、レンズシートの機能を示す断面図である。
【図５】導光板、散乱反射パターン、レンズシートの機能を示す断面図である。
【図６】レンズシートの一例を表す断面図である。
【図７】本発明に基づく実施形態に係るレンズシートの一例を表す断面図である。
【図８】本発明に基づく実施形態に係るレンズシートの一例を表す断面図である。
【図９】本発明に基づく実施形態に係るレンズシートの一例を表す断面図である。
【図１０】本発明に基づく実施形態に係るレンズシートの一例を表す断面図である。
【図１１】導光板ライトガイド方式バックライトユニットが搭載された液晶ディスプレイ装置の一例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明に係る実施形態を図面を参照して説明する。
図１は、本実施形態における、光均一化要素となるレンズシート１８、バックライトユニット２９および画像表示装置３３の一例を示す断面模式図である。
【００２０】
（バックライトユニット２９および画像表示装置３３の構成について）
本実施形態の画像表示装置３３は、図１に示すように、画像表示素子３１とバックライトユニット２９とから構成されている。本実施形態のバックライトユニット２９は、エッジライト２５と、少なくとも１種類以上の光学シート群２７とから構成される。
【００２１】
上記１種類以上の光学シート群２７には、レンズシート１８が含まれる。
また、上記エッジライト２５は、光源１４、リフレクター１５、導光板１３、散乱反射パターン１１、及び反射板１２を備える。
【００２２】
上記光源１４は、画像表示素子３１へと光を供給するものである。光源１４としては、たとえば、ＬＥＤなどを用いることができる。光源１４に用いるＬＥＤは、例えば青色発光ダイオードに黄色蛍光体を添加した擬似白色ＬＥＤや、ＲＧＢ型ＬＥＤが挙げられる。図１では、光源１４として、ＬＥＤ光源（ＬＥＤバー１４１）を例示している。
【００２３】
リフレクター１５は、光源１４の光を効率よく導光板１３中に入射させるために、光源１４の背面側を覆うように配置されている。
上記複数の光源１４は、導光板１３の端面に配置され、また、上記導光板１３の裏面には散乱反射パターン１１が設けられ、その下に反射板１２が配置される。そして、導光板１３の表面側（観察者側方向Ｆ）に上記光学シート群２７が配置される。
【００２４】
導光板１３から射出された光は、レンズシート１８で拡散、集光し、反射板１２で反射され、上記光学シート群２７を透過することで、バックライトユニット２９から射出される光が、画像表示素子３１に入射し、観察者側Ｆへと射出される。
【００２５】
上記反射板１２は、観察者側Ｆと反対側である導光板１３の裏面側に配置され、導光板１３から射出された光のうち、観察者側Ｆに配置された複数の光学部材により反射された光を反射させて観察者側Ｆに射出させる。このように反射板１２を用いることによって、光の利用効率を高めることができる。反射板１２としては、光を高効率で反射させる部材であればよく、たとえば、一般的な反射フィルム、反射板などを使用することができる。
【００２６】
上記導光板１３の裏面に散乱反射パターン１１は、導光板１３から観察者側Ｆへと光を供給するために設けられる。このとき、画像表示素子３１に輝度ムラがなく、均一な照明が得られるように、導光板１３１の散乱反射パターン１１は場所によって異ならせている（図１を参照）。
【００２７】
ここで、導光板１３の端面にある光源１４に近いところでは、導光板１３の導光量が大きいため、散乱反射パターン１１の散乱が少なく、導光板１３の端面から離れるにつれて、導光量が段々減って行く。このため、散乱反射パターン１１の散乱が大きくなって行く必要がある。
【００２８】
散乱反射パターン１１の散乱性を変える方法としては、例えば次のような方法がある。すなわち、散乱反射パターン１１がドットで構成される場合、ドットの配置が固定（ドットの周期が一定）であれば、ドットの大きさを変える方法がある。またドットの大きさが固定であれば、ドットの密度（ドットの周期が異なる）を変える方法がある。
【００２９】
図２は、導光板１３の散乱反射パターン１１の散乱性の一般的な変更方法を示す概念図である。図２に示す散乱反射パターンは、ドットの配置が固定であり、六方配列になっている場合の例である。図２では導光板１３の下端面に 光源１４としてＬＥＤバー１４１が配置されている。光源１４の近いあたりに、ドットの大きさが小さい散乱反射パターン１１１があり、光源１４から遠いあたりに、ドットの大きさが大きい散乱反射パターン１１２がある。図２では、導光板１３の散乱反射パターン１１が変わっている方向をｙ方向として示している。導光板１３の散乱反射パターン１１は光源１４からの導光量が変わらなければ、光源１４の並び方向であるｘ方向では変化しない。
【００３０】
ここで、ドットの配置が六方配列になっている場合は、図２に示すように、散乱反射パターンを構成するドットパターンは、菱形ドットパターンとなる。菱形ドットパターンとは、ドッドを結ぶ形状が菱形の連続パターンとなることを指す。このような菱形のドットパターンにした方が、隠匿性が高くなる。その理由は、例えばシリンドリカルレンズを考えると、光の広がりが下にあるシリンドリカルレンズによる広がりと垂直方向となるので、隠匿性が向上するためである。すなわち、シリンドリカルレンズの並び方向に延びた楕円のような光の広がりによって隠匿性が向上する。
【００３１】
ところで、従来にあっては、光源１４の光量が足りなかったため、小さい導光板方式の画像表示装置しか無かった。しかし、近年、ＬＥＤは小型で光量が大きくなってきたため、最近の大型画像表示装置にも導光方式画像表示装置が普及になってきている。そこで、ドットの周期が１ｍｍ〜２ｍｍ程度と変わりが無く、小型画像表示装置では最小のドットの大きさが５００ミクロン程度だったのが、大型画像表示装置では最小のドットの大きさが２００ミクロン程度になっている。更に、大型ディスプレイは、重量の削減が要求され、導光板１３の厚みを小さくすることが望まれている。
【００３２】
上記の導光方式大型画像表示装置におけるドットの最小の大きさでは、従来の光学シートでドットの視認性を得ることが困難になっている。なお、導光板１３の厚みが小さくなることが予想されているため、更に、ドットの視認性の問題が深刻になる。
【００３３】
（レンズシートの構成について）
上記問題に対応した本実施形態のレンズシート１８は、図１に示すように、シート状の透光性基材の一方の面にレンズアレイが形成され、そのレンズアレイは、一方向に沿って配列すると共に互いが平行に配置された複数のレンズ１８ａを備え、上記複数のレンズ１８ａの少なくとも一部のレンズの光学軸Ｊは、上記基材の厚み方向である正面方向Ｎに対し傾斜した回転角度θが付いている。
【００３４】
また、上記各レンズ１８ａの光学軸Ｊの正面方向Ｎに対する回転角θは、基材の少なくとも一端部（例えば図１中左辺の端部）から離れるほど小さくなっていくようになっていることが好ましい。
また、上記散乱反射パターンがドットパターンであり、そのドットパターン配列の最小２次元ユニットが菱形ドットパターンである場合には、上記レンズアレイの単位レンズ１８ａの光学軸回転角度θを導光板１３上に投射した方向は、上記菱形ドットパターンの長い対角線と平行若しくは略平行となっていることが好ましい。
【００３５】
さらに、上記散乱反射パターンがドットパターンである場合には、上記レンズアレイの単位レンズ１８ａの光学軸回転角度θは、ドットパターンのドットサイズが小さい箇所（光源に近い位置）の上側に位置する単位レンズの光学軸回転角度θが、ドットパターンのドットサイズが大きい箇所の上側に位置する単位レンズ１８ａの光学軸回転角度θよりも大きいことが好ましい。
【００３６】
ここで、上記レンズシート１８の基材に用い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。
【００３７】
また、レンズシート１８に形成する光拡散領域は、光拡散粒子からなることが好ましい。好適な拡散性能を容易に得ることができるためである。
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を用いることができる。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、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。
【００３８】
また、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。さらにまた、透明粒子の大きさ、形状は、特に規定されない。
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。このような拡散板として、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。
【００３９】
また画像表示素子３１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、他の表示素子と比べて、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。
【００４０】
（レンズシートの作用について）
反射ドットのサイズを少なくとも小さくしなければならない。このとき、反射ドットの視認性を下げるため、光学シートの枚数を増やすことによって、隠蔽性が上がるが、光吸収が増加になるので、輝度は下がる。これに対し、本実施形態のレンズシートを採用すると、少ない枚数で 反射ドットの視認性、いわゆる隠蔽性かつ高輝度が得られる。
【００４１】
これの点について、以下に説明する。
本実施形態のバックライトユニット２９は、図１に示すように、導光板１３の表面側に、レンズシート１８と、その上に他の光学シート１７，１９を配置して構成される。
上記レンズシート１８の役割を説明するため、最初に、通常の一方向拡散機能を持つレンズシートの構成について説明する。
【００４２】
（一方向拡散機能を持つレンズシート）
一方向拡散機能を持つレンズシート１８０は、図３に示すように、一方の面に形成され一方向に沿って配列する複数のレンズ１８０ａからレンズアレイが形成されている。レンズ配列方向、いわゆる、レンズパワーがある方向を、図３ではＶ方向と示す。各レンズが伸びる方向、いわゆる、並んでいるレンズのパワーが無い方向を、図３ではＨ方向と示す。
【００４３】
図６（ａ）は、図３のレンズシート１８０の断面形状を示す。レンズシートの単位レンズの光学軸Ｊは、レンズシート１８０の厚み方向である正面方向Ｎと平行となっている。このレンズシート１８０の集光機能を、図６（ｂ）に示す。図６（ｂ）に示すように、光源Ｓから、正面方向Ｎに集光された光４００を得ることができる。
【００４４】
図４に、図３または図６に示す一方向拡散機能を持つレンズシート１８０を導光板１３の上に設置した場合の拡散機能を示す。図４（ａ）は断面形状を示し、図４（ｂ）は、正面からの輝度分布を示すグラフである。図４ではレンズシート１８０のＶ方向は導光板１３のｙ方向と略平行に設置されている。
【００４５】
ＬＥＤ光源１４１は導光板１３の端面に設置され、光が導光板１３に入射される。導光板１３に導光する光は導光方向Ｇに進む。導光する光は、散乱反射パターン１１に入射したときに散乱され、様々な方向に射出されることで、一部の光は導光板１３から出て行く（図４では散乱光２０として示している。）。そして、レンズシート１８０に集光された光は観察側Ｆの正面方向に向かう。このとき、観察側Ｆの正面方向に向けた光の光量をグラフで表すと図４（ｂ）となる。図４のＰ−Ｓの点では輝度が低いに対して、Ｐ−Ｅの点では輝度が非常に高い。その理由としては、ＬＥＤ光源１４１が近いことと、導光方向Ｇであるため、散乱反射パターン１１のドットからの拡散反射分布Ｌは図４に示すように、まだ強い正反射光より、強いピークがある。そのため、Ｐ−Ｓの点より、Ｐ−Ｅの点に光量が多く、分布のコントラストが大きい。結局、観察側Ｆから、レンズシート１８０の上に他の光学シートを配置しても、散乱反射パターン１１のドットの視認性が生じる。
【００４６】
（本実施形態のレンズシートの第１例）
図７（ａ）は本実施形態のレンズシート１８２の断面形状の例を示す図である。
この例では、レンズシート１８２の単位レンズ１８２ａの光学軸Ｊは、レンズシート１８２の正面方向Ｎに対し回転角度θだけ傾いている。この回転角度θを付けることで、隣り合う単位レンズ１８２ａで形成される谷部の角度は、角度が異なるΦ１とΦ２とからなる。図７（ａ）ではΦ１はΦ２より小さい場合を例示している。このレンズシート１８２の集光機能を図７（ｂ）に示す。図７（ｂ）に示すように、光源Ｓから、正面方向Ｎに集光された光４０１が得られる。図６の場合と比較すると、集光された光の視野がシフトしていることが分かる。
【００４７】
図５に、上記図７に示す実施形態のレンズシート１８２を導光板１３の上に設置した場合の拡散機能を示す。図５（ａ）は断面形状を示し、図５（ｂ）は、正面からの輝度分布を示すグラフである。
【００４８】
図５では、レンズシート１８２のＶ方向が導光板１３のｙ方向と略平行に設置されている場合の例である。この場合も、ＬＥＤ光源１４１は導光板１３の端面に設置され、光が導光板１３に入射される。導光板１３に導光する光は導光方向Ｇに進む。導光する光は、散乱反射パターン１１に入射したとき、光が散乱されることで、様々な方向に射出され、一部の光が導光板１３から出て行く（図５では散乱光２０と示している。）。そして、レンズシート１８２で集光された光は、観察側Ｆの正面方向に向かう。
【００４９】
ここで、観察側Ｆの正面方向に向けた光の光量をグラフで表すと図５（ｂ）となる。図５のＰ−Ｓの点では輝度が低いのに対し、Ｐ−Ｅの点では輝度がピーキーではなく、幅を持つ輝度分布を持ち、線として認識される。その理由としては、本実施形態のレンズシート１８２のレンズ形状により、光を立ち上げる力は散乱反射パターン１１のドットの位置に近づいたからであり、Ｐ−Ｅのところから、図７（ｂ）に示す集光シフト機能効果により、Ｐ−Ｓ方向に移動したと言える。そのため、ＬＥＤ光源１４１が近いところであっても、導光方向Ｇによって、散乱反射パターン１１のドットからの拡散反射分布Ｌは図５に示すように、まだ強い正反射光より、強いピークがあるにもかかわらず、Ｐ−Ｓの点とＰ−Ｅの点の間に光量がなだらかになる。
【００５０】
このように図４（ｂ）の分布に比べ、図５（ｂ）で示す分布のコントラストの方が低くなる。これによって、観察側Ｆから、レンズシート１８２の上、散乱反射パターン１１のドットが線として伸びるように見え、視認性が減る。そして、別途、他の光学シートを配置すれば、散乱反射パターン１１のドットの視認性がなくなるようにできる。すなわち、少ない光学シートによってドットの視認性を抑制することができる。
【００５１】
（本実施形態のレンズシートの第２例）
図８は本出願のレンズシート１８のもう一つの例を示す図である。
レンズシート１８４の単位レンズの光学軸Ｊはレンズシート１８４の正面方向Ｎと平行であるが、レンズシート１８４の単位レンズ１８４ａの各形状が光学軸（レンズ頂部）の左右で異なる形状となっている。すなわち、二つの異なるレンズ形状を合わせたような単位レンズ１８４ａとなっている。このとき、光学軸Ｊ（＝正面方向Ｎ）に対し、左側のレンズ形状の谷部角度をΦ２とし、右側のレンズ形状の谷部角度をΦ１とした場合に。図８ではΦ１がΦ２より小さく設定した場合である。
この場合であっても、上記第１例と同様な作用を奏する。
【００５２】
（本実施形態のレンズシートの第３例）
図９は本出願のレンズシート１８のもう一つの例を示す図である。
この例では、各単位レンズの光学軸Ｊのレンズシート１８６の正面方向Ｎに対する回転角度θを、単位レンズ１８６ａの形成位置によって異なるようにしたものである。この図９の例では、レンズシートのＶｍｉｎ端部位置では回転角度θが最大θｍａｘになり、レンズシートの端部から離れていくにつれて、回転角度θが小さくなっている。
【００５３】
このようなレンズシート１８６の機能としては、例えば図５のように導光板１３の上に配置した場合、導光板１３の端部にあるＬＥＤ光源１４１に近くにレンズシート１８６のＶｍｉｎがあると、散乱反射パターン１１のドットの視認性に効果が最大となる。そして、ＬＥＤ光源１４１から離れて行くにつれて、導光板１３内部でＬＥＤ高原１４１の光が広がっていくか、導光板１３の他の端面から光が戻るため、ＬＥＤ光源１４１から離れるほどレンズシートの回転角度θが必要でなくなる。
【００５４】
（本実施形態のレンズシートの第４例）
図１０は本出願のレンズシート１８８のもう一つの例を示す図である。
図９に示す回転角度θは正面方向Ｎの右側にあるため正数としたら、図１０の回転角度θは負数となっている。
【００５５】
この例でも、図９と同様に、各単位レンズ１８８ａの光学軸Ｊのレンズシート１８８の正面方向Ｎに対する回転角度θを、単位レンズの形成位置によって異なるようにしたものである。但し、この例では、レンズシートのＶｍｉｎ端部位置では回転角度θが最大θｍａｘになり、レンズシートの端部から離れていくにつれて、回転角度θが小さくなっている。
【００５６】
このようなレンズシート１８８の機能としては、例えば図５のように導光板１３の上に配置した場合、導光板１３の端部にあるＬＥＤ光源１４１の近くにレンズシート１８８のＶｍｉｎがあると、散乱反射パターン１１のドットの散乱分布Ｌが、レンズシート１８８を通して、観察側Ｆの方向に射出される光がＰ−Ｅで強いピークがなく、逆にＰ−Ｓの点で光量が拡大される。この結果、コントラストが低くなり、ドットの視認性が低くなる。
【００５７】
図９で説明したように、ＬＥＤ光源１４１から離れて行くにつれて、導光板１３内部でＬＥＤ高原１４１の光が広がっていくまたは導光板１３の他の端面から光が戻るため、ＬＥＤ光源１４１から離れるほどレンズシートの回転角度θが必要でなくなる。
【００５８】
（本実施形態のレンズシートと他の光学シートとの組み合わせについて）
ここで、以上種々の例を挙げて説明してきた本実施形態のレンズシート１８における、導光板１３に設けた散乱反射パターン１１のドットの視認性に対する効果は、レンズシート単体では不十分である。しかし、図１で示すように、レンズシート１８は 他の光学シート１７，１９と組合せることによって、導光板１３の散乱反射パターン１１のドットの視認性をより確実に防止することができるようになる。
【００５９】
上記他の光学シートとしては、一方向拡散機能を持つ光学シートであれば（例えば、レンチキュラー、プリズムシート）、本出願のレンズシート１８のレンズの配列方向に対し直角となるように設置することが望ましい。
また、二次元拡散機能を持つ光学シートであれば（例えば、ピラミッド、クロスレンチシート、マイクロレンズ）、その設置方向は特に限定されずに、組合せることが可能です。
【００６０】
また、導光板１３の散乱反射パターン１１のドット配列が六方配列であれば（図２を参照）、レンズシートのＶ方向は、ドットの間隔が長い方向であるｙ方向と略同等方向で設置することが望ましい。
以下、本発明を実施例に基づいて詳細に説明する。
なお、本発明はこれらの実施例のみに限定されるものではない。
【実施例１】
【００６１】
「実施例１」
レンズシート１８０（図６参照）として、ＰＥＴ基材に紫外線硬化樹脂で作製したレンチキュラーシートを使用した。レンチキュラーの単位レンズピッチが１２０μｍ、レンズ高さが５０μｍとした。レンズシート１８０と組合せる光学シートとして、ＰＥＴ基材に紫外線硬化樹脂で作製したピラミッドシートを使用した。ピラミッドアレイの縦方向と横方向のレンズピッチが５０μｍ、頂角９０°とした。更に、光反射偏光シートも用意した。
【００６２】
レンズシート１８０とピラミッドシートと光反射偏光シートを大型ディスプレイ用の導光板１３の上に配置した。
【００６３】
「実施例２」
レンズシート１８２（図７参照）として、ＰＥＴ基材に紫外線硬化樹脂で作製したレンチキュラーシートを使用した。レンチキュラーの単位レンズピッチが１２０μｍ、形状は実施例１と同じあるが、垂直（正面方向）に対し、レンズの回転角を２０度にした。レンズシート１８２と組合せる光学シートとして、ＰＥＴ基材に紫外線硬化樹脂で作製したピラミッドシートを使用した。ピラミッドアレイの縦方向と横方向のレンズピッチが５０μｍ、頂角９０°とした。更に、光反射偏光シートも用意した。
【００６４】
レンズシート１８２とピラミッドシートと光反射偏光シートを大型ディスプレイ用の導光板１３の上に配置した。レンズシート１８２の回転した角度の方向を導光板１３の導光方向と同じにした（図５と同じ方向）。
【００６５】
「実施例３」
レンズシート１８４（図８参照）として、ＰＥＴ基材に紫外線硬化樹脂で作製したレンチキュラーシートを使用した。レンチキュラーの単位レンズピッチが１２０μｍ、形状は実施例１と同じあるが、垂直（正面方向）より、レンズの回転角を２０度にした。レンズシート１８４と組合せる光学シートとして、ＰＥＴ基材に紫外線硬化樹脂で作製したピラミッドシートを使用した。ピラミッドアレイの縦方向と横方向のレンズピッチが５０μｍ、頂角９０°とした。更に、光反射偏光シートも用意した。
【００６６】
レンズシート１８４とピラミッドシートと光反射偏光シートを大型ディスプレイ用の導光板１３の上に配置した。レンズシート１８４の回転した角度の方向を導光板１３の導光方向と反対にした（図５と異なる方向）。
【００６７】
「比較例１」
プリズムシートとピラミッドシートと光反射偏光シートを大型ディスプレイ用の導光板１３の上に配置した。
「比較例２」
高拡散シートとピラミッドシートと光反射偏光シートを大型ディスプレイ用の導光板１３の上に配置した。
【００６８】
以上のような実施例、及び比較例で作成した光学シートを導光板１３の上に置いた状態で、導光板１３の端面に近いところ、散乱反射パターンのドットが一番小さいところを観察し、ドットの視認性について評価を行った。
評価にあたっては、正面方向からバックライトユニットを眺めた場合と、正面方向に対して４０°傾斜した位置からバックライトユニットを眺めた場合の２通りのドットの視認性の有無を確認した。ドットが完全に消えた場合を◎とし、ドットが視認された場合×とした。
【００６９】
表１にその結果を示す。
【００７０】
【表１】
【００７１】
表１から分かるように、実施例１、２、３の場合、ドットが視認されにくいが 回転角度が付いたレンチキュラーでは、回転角度が無いものより効果が確認された。実施例３では、傾斜した位置から眺めるとドットが若干視認された。また、実施例２にした構成では輝度が実施例３より若干高かった。
【００７２】
比較例１の場合、正面輝度が高いがドットの視認性が確認された。特に傾斜した位置から眺める場合に視認された。比較例２の場合、ドットの視認性が無くなるが、輝度が低いと確認した。
以上の実施例及び比較例の結果から、導光板１３の上に、本実施形態のレンズシート１８を配置することで、他の光学シートと組合せることで 導光板１３の散乱反射パターンのドットの視認性を低減する効果が得られることが確認できた。
【符号の説明】
【００７３】
Ｊ・・・光学軸
θ・・・回転角度
Φ、Φ１、Φ２・・・レンズ谷部角度
１１、１１１、１１２・・・散乱反射パターン
１２・・・反射板
１３・・・導光板
１４・・・光源
１７・・・レンズシート
１８、１８０、１８２、１８４、１８６、１８８・・・レンズシート
２５・・・エッジライト
２７・・・光学シート
２９・・・バックライトユニット
３１・・・画像表示素子
３３・・・画像表示装置
Ｖ・・・光均一化要素の垂直方向（パターンが有る方向）
Ｈ・・・光均一化要素の水平方向（周期パターンが無い方向）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シート状の透光性基材の一方の面にレンズアレイが形成され、そのレンズアレイは、一方向に沿って配列すると共に互いが平行に配置された複数のレンズを備え、上記複数のレンズのうちの少なくとも一部のレンズの光学軸は、上記基材の厚み方向である正面方向に対し傾斜した回転角度が付いていることを特徴とするレンズシート。
【請求項２】
上記各レンズの光学軸の正面方向に対する回転角度は、基材の一端部から離れるほど小さくなっていくことを特徴とする請求項１に記載したレンズシート。
【請求項３】
光源と、光源からの光を端面から入射すると共に表面から光を射出する導光板と、導光板の上記表面とは反対側の裏面に設けた散乱反射パターンと、上記導光板の表面側に配置した請求項１または請求項２に記載のレンズシートと、を備えることを特徴とするバックライトユニット。
【請求項４】
上記散乱反射パターンはドットパターンであり、そのドットパターン配列の最小２次元ユニットが菱形ドットパターンであり、
上記レンズアレイの単位レンズの光学軸回転角度を導光板上に投射した方向は、上記菱形ドットパターンの長い対角線と平行若しくは略平行となっていることを特徴とする請求項３に記載したバックライトユニット。
【請求項５】
上記散乱反射パターンはドットパターンであり、
上記レンズアレイの単位レンズの光学軸回転角度は、ドットパターンのドットサイズが小さい箇所の上側に位置する単位レンズの光学軸回転角度が、ドットパターンのドットサイズが大きい箇所の上側に位置する単位レンズの光学軸回転角度よりも大きいことを特徴とする請求項３または請求項４に記載したバックライトユニット。
【請求項６】
表示画像を規定する画像表示素子と、
上記画像表示素子の背面に配置された、請求項３〜請求項５のいずれか１項に記載のバックライトユニットと、を備えることを特徴とする画像表示装置。
【請求項１】
シート状の透光性基材の一方の面にレンズアレイが形成され、そのレンズアレイは、一方向に沿って配列すると共に互いが平行に配置された複数のレンズを備え、上記複数のレンズのうちの少なくとも一部のレンズの光学軸は、上記基材の厚み方向である正面方向に対し傾斜した回転角度が付いていることを特徴とするレンズシート。
【請求項２】
上記各レンズの光学軸の正面方向に対する回転角度は、基材の一端部から離れるほど小さくなっていくことを特徴とする請求項１に記載したレンズシート。
【請求項３】
光源と、光源からの光を端面から入射すると共に表面から光を射出する導光板と、導光板の上記表面とは反対側の裏面に設けた散乱反射パターンと、上記導光板の表面側に配置した請求項１または請求項２に記載のレンズシートと、を備えることを特徴とするバックライトユニット。
【請求項４】
上記散乱反射パターンはドットパターンであり、そのドットパターン配列の最小２次元ユニットが菱形ドットパターンであり、
上記レンズアレイの単位レンズの光学軸回転角度を導光板上に投射した方向は、上記菱形ドットパターンの長い対角線と平行若しくは略平行となっていることを特徴とする請求項３に記載したバックライトユニット。
【請求項５】
上記散乱反射パターンはドットパターンであり、
上記レンズアレイの単位レンズの光学軸回転角度は、ドットパターンのドットサイズが小さい箇所の上側に位置する単位レンズの光学軸回転角度が、ドットパターンのドットサイズが大きい箇所の上側に位置する単位レンズの光学軸回転角度よりも大きいことを特徴とする請求項３または請求項４に記載したバックライトユニット。
【請求項６】
表示画像を規定する画像表示素子と、
上記画像表示素子の背面に配置された、請求項３〜請求項５のいずれか１項に記載のバックライトユニットと、を備えることを特徴とする画像表示装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１１−２１５４６４（Ｐ２０１１−２１５４６４Ａ）
【公開日】平成２３年１０月２７日（２０１１．１０．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−８５０３６（Ｐ２０１０−８５０３６）
【出願日】平成２２年４月１日（２０１０．４．１）
【出願人】（０００００３１９３）凸版印刷株式会社 (10,630)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１０月２７日（２０１１．１０．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年４月１日（２０１０．４．１）
【出願人】（０００００３１９３）凸版印刷株式会社 (10,630)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]