JP2008060013A - 面光源装置、透過型表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】出射特性が滑らかに変化し、正面輝度が高く、また、モアレの発生を回避することができる面光源装置、透過型表示装置を提供する。
【解決手段】出射側に微細凸形状が形成された拡散シート１６を光制御シート１５の出射側に重ねて配置する。拡散シート１６は、透明基材フィルム１６ａの表面に拡散材をコーティングしたタイプである。拡散シート１６が有する微小ビーズがレンズ効果を発揮して、集光効果、及び、拡散効果を得る。これにより、出射特性が滑らかに変化するようになり、正面輝度が高くなり、モアレの発生を回避できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、液晶表示装置等の照明に用いられる面光源装置、及び、これを用いた透過型表示装置に関するものである。

透過型の液晶ディスプレイ等を背面から照明する面光源として各種方式の面光源装置が提案され、実用化されている。面光源装置には、主として、面光源でない光源を面光源に変換する方式によりエッジライト型と直下型とに分類される。
例えば、直下型では、背面より並列の冷陰極管を用いて光を導入するようになっており、冷陰極管とＬＣＤパネル等の透過型表示部との距離を適度に空け、その間に光拡散効果や光収束効果等を有した光学シート（光学フィルム）を複数組み合わせて使用していた。
面光源装置に使用される光学シートとしては、視野角（光の出射角度）の制御を目的としたレンズ又はプリズム等の光学的形状が多数形成された光学シートと、光の拡散を目的とした拡散シートがある。
しかし、光学シートを用いると、多数の光学的形状が規則的に並んでいることから、ＬＣＤパネル等が有する画素ピッチとの間でモアレが発生してしまうという問題があった。

特許文献１には、プリズムシートと拡散シート（拡散フィルム）とを組み合わせて面光源装置に使用する例が開示されている。ここで、プリズムシートとは、明確な記載が特許文献１に無いが、面光源装置に用いる光学シートとして多用されている物であり、断面形状が略直角二等辺三角形の単位光学形状（単位プリズム形状）を多数並べて配置した輝度向上フィルム等と呼ばれている物を指していると思われる。

しかし、プリズムシートを用いた面光源装置では、正面輝度が高い反面、視野角特性の変化が急峻となり、視点を変化させると急激に明暗が変化してしまうという問題があった。
また、特許文献１では、単に光学シートと拡散シート（拡散フィルム）とを組み合わせることのみが示されており、どのような特性の光学シート及び拡散シートを組み合わせるかについては、全く言及されていない。
特開２００６−１２０５８４号公報

本発明の課題は、出射特性が滑らかに変化し、正面輝度が高く、また、モアレの発生を回避することができる面光源装置、透過型表示装置を提供することである。

本発明は、以下のような解決手段により、前記課題を解決する。なお、理解を容易にするために、本発明の実施例に対応する符号を付して説明するが、これに限定されるものではない。
請求項１の発明は、透過型表示部を背面から照明する面光源装置であって、略完全拡散光を出射面から出射する光源部（１２，１３，１４）と、前記光源部よりも出射側に設けられ、前記光源部が出射した光を集光及び／又は拡散する作用を有する単位光学形状（１５１，２５１）が形成された光制御シート（１５，２５）と、前記光制御シートよりも前記光の出射側に設けられ、出射側に微細凸形状が形成された拡散シート（１６）と、を備える面光源装置である。
請求項２の発明は、請求項１に記載の面光源装置において、前記光源部（１２，１３，１４）は、光を発光する発光部（１３）と、前記発光部が発光する光を略完全拡散光とする完全拡散シート（１４）と、を有すること、を特徴とする面光源装置である。
請求項３の発明は、請求項１又は請求項２に記載の面光源装置において、前記拡散シート（１６）は、基材層（１６ａ）と、前記基材層上に設けられた拡散層（１６ｂ，１６ｃ）とを有し、前記拡散層は、複数の微小ビーズ（１６ｂ）と、前記微小ビーズを固着するバインダ（１６ｃ）とを有しており、前記微小ビーズが固着されている部分は、前記微小ビーズが固着されずに前記バインダのみとなっている部分よりも出射側へ突出して前記微細凸形状が形成されていること、を特徴とする面光源装置である。
請求項４の発明は、請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の面光源装置において、前記拡散シート（１６）のヘイズ値は、７０％以上であること、を特徴とする面光源装置である。
請求項５の発明は、請求項４に記載の面光源装置において、前記光制御シート（１５，２５）に完全拡散光が入射したときに出射する光の半値角であって、面光源装置の通常使用状態における上下方向の半値角である垂直半値角をαＶとし、前記光制御シートに完全拡散光が入射したときに出射する光の半値角であって、面光源装置の通常使用状態における左右方向の半値角である水平半値角をαＨとしたとき、９０°＜αＶ＋αＨ＜１１５°の関係を満たすこと、を特徴とする面光源装置である。
請求項６の発明は、請求項５に記載の面光源装置において、３５°＜αＶ＜４５°、５５°＜αＨ＜７０°の関係を満たすこと、を特徴とする面光源装置である。
請求項７の発明は、請求項２から請求項６までのいずれか１項に記載の面光源装置において、前記完全拡散シート（１４）の全光線透過率は、５０％〜７０％であること、を特徴とする面光源装置である。
請求項８の発明は、請求項１から請求項７までのいずれか１項に記載の面光源装置において、前記光制御シート（２５）に形成されている前記単位光学形状（２５１）は、断面形状が非対称な形状であって出射側に突出して一次元方向に多数並べて配列されていること、を特徴とする面光源装置である。
請求項９の発明は、請求項８に記載の面光源装置において、前記光制御シート（２５）に形成されている前記単位光学形状（２５１）は、平面により形成された平面側（２５１Ｄ）と、曲面により形成された曲面側（２５１Ｕ）とを有すること、を特徴とする面光源装置である。
請求項１０の発明は、請求項９に記載の面光源装置において、前記光制御シート（２５）に形成されている前記単位光学形状（２５１）の前記曲面側（２５１Ｕ）は、使用状態で上側となるように設けられていること、を特徴とする面光源装置である。
請求項１１の発明は、請求項８から請求項１０までのいずれか１項に記載の面光源装置において、前記光制御シート（２５）に形成されている前記単位光学形状（２５１）の頂点（Ｔ）は、前記頂点を挟んで非対称に形成された各面を滑らかに繋げる曲面により形成されていること、を特徴とする面光源装置である。
請求項１２の発明は、請求項１から請求項７までのいずれか１項に記載の面光源装置において、前記光制御シート（１５）に形成されている前記単位光学形状（１５１）は、出射側に突出して二次元方向に多数並べて配列されていること、を特徴とする面光源装置である。
請求項１３の発明は、請求項１から請求項１２までのいずれか１項に記載の面光源装置において、前記光制御シート（１５）に形成されている前記単位光学形状（１５１）は、略楕円筒の一部形状、又は、略回転楕円体の一部形状を含み、出射側に突出して多数並べて配列されていること、を特徴とする面光源装置である。
請求項１４の発明は、請求項１から請求項１３までのいずれか１項に記載の面光源装置において、前記光制御シート（２５）は、１種類の熱可塑性樹脂により形成されていること、を特徴とする面光源装置である。
請求項１５の発明は、透過型表示部（１１）と、請求項１から請求項１４までのいずれか１項に記載の面光源装置と、を備える透過型表示装置（１０，２０）である。

本発明によれば、以下の効果を奏することができる。
（１）光源部と、光制御シートと、光制御シートよりも光の出射側に設けられ、出射側に微細凸形状が形成された拡散シートとを備えるので、出射特性が滑らかに変化するようになり、正面輝度が高くなり、また、モアレの発生を回避できる。

（２）光源部は、発光部と、完全拡散シートとを有するので、簡単な構成で管ムラの無い光を出射できる。

（３）拡散シートは、基材層と、基材層上に設けられた拡散層とを有し、拡散層は、複数の微小ビーズと、微小ビーズを固着するバインダと、を有しており、微小ビーズが固着されている部分は、微小ビーズが固着されずにバインダのみとなっている部分よりも出射側へ突出して微細凸形状が形成されているので、微小ビーズによりレンズ効果を発揮でき、光制御シートと組み合わせることによって、出射特性が滑らかに変化するようになり、正面輝度が高くなり、また、モアレの発生を回避できる。

（４）拡散シートのヘイズ値は、７０％以上であるので、モアレ及び管ムラ低減効果が高く、また、レンズ効果による集光効果が高い。ヘイズ値が７０％以下では、レンズピッチと画素とのモアレ、また、蛍光管の管ムラが見えるようになる。しかも、拡散剤の量が少ないのでレンズ効果が少なくなり、正面輝度が上がらない。

（５）光制御シートは、９０°＜αＶ＋αＨ＜１１５°の関係を満たすので、拡散シートとの組み合わせにより集光効果を確実に得ることができ、正面輝度を高くできる。

（６）光制御シートは、３５°＜αＶ＜４５°、５５°＜αＨ＜７０°の関係を満たすので、拡散シートとの組み合わせにより集光効果を確実に得ることができ、正面輝度を高くできる。

（７）完全拡散シートの全光線透過率は、５０％〜７０％であるので、管ムラを消すことができ、また、光の利用効率が高く、正面輝度を高くできる。

（８）光制御シートに形成されている単位光学形状は、断面形状が非対称な形状であって出射側に突出して一次元方向に多数並べて配列されているので、上下、又は、左右の方向毎に出射特性を制御できる。

（９）光制御シートに形成されている単位光学形状は、平面により形成された平面側と、曲面により形成された曲面側とを有するので、正面方向の輝度を高める効果と、輝度変化を緩やかにする効果とを得ることができる。

（１０）光制御シートに形成されている単位光学形状の曲面側は、使用状態で上側となるように設けられているので、上方の視野角特性について緩やかな視野角の変化とすることができる。また、平面側が使用状態で下側となり、下方の視野角特性について変化が大きくなるが、下方から表示装置を見ることは殆ど無く、この下方に設けられた平面側の作用により、出射角度０°付近の輝度が大きく低下することを防止できる。

（１１）光制御シートに形成されている単位光学形状の頂点は、頂点を挟んで非対称に形成された各面を滑らかに繋げる曲面により形成されているので、視野角特性の変化をより滑らかにでき、また、光制御シートと重ねられる他のシート等に傷をつけてしまうことを防止できる。

（１２）光制御シートに形成されている単位光学形状は、出射側に突出して二次元方向に多数並べて配列されているので、一枚の光制御シートであっても、垂直方向及び水平方向の視野角を制御できる。

（１３）光制御シートに形成されている単位光学形状は、略楕円筒の一部形状、又は、略回転楕円体の一部形状を含み、出射側に突出して多数並べて配列されているので、垂直方向及び水平方向の視野角特性が滑らかになる。また、頂点部分が曲面であるので、単位光学形状と接する位置に配置されたシートへの傷つきを防止できる。

（１４）光制御シートは、１種類の熱可塑性樹脂により形成されているので、耐環境性を高めることができる。また、耐光性を高めることができる。

出射特性が滑らかに変化し、正面輝度が高く、また、モアレの発生を回避するという目的を、光源と、完全拡散シートと、単位光学形状が形成された光制御シートと、出射側に微細凸形状が形成された拡散シートとを組み合わせることにより実現した。
また、これらの組み合わせの条件を明らかにし、その条件を満たすことにより出射特性が滑らかで正面輝度が高く、モアレの発生の無い面光源装置、透過型表示装置を容易に得ることができるようにした。

図１は、本発明による透過型表示装置の実施例１を示す図である。
なお、図１を含め、以下に示す各図は、模式的に示した図であり、各部の大きさ、形状は、理解を容易にするために、適宜誇張して示している。
また、板、シート、フィルム等の言葉を使用しているが、これらは、一般的な使い方として、厚さの厚い順に、板、シート、フィルムの順で使用されており、本明細書中でもそれに倣って使用しているが、この使い分けには、技術的な意味が無いので、特許請求の範囲の記載は、シートという記載で統一して使用した。したがって、シート、板、フィルムの文言は、適宜置き換えることができるものとする。例えば、光制御シートは、光制御板としてもよいし、光制御フィルムとしてもよい。

本実施例における透過型表示装置１０は、ＬＣＤパネル１１，反射板１２，発光管１３，乳白板１４，光制御シート１５，拡散シート１６等を備え、ＬＣＤパネル１１に形成される映像情報を背面から照明して表示する透過型液晶表示装置である。なお、反射板１２，発光管１３が発光部を形成しており、この発光部に乳白板１４を加えることで、完全拡散光を発する光源部となり、ＬＣＤパネル１１を背面から照明する面光源装置としては、反射板１２，発光管１３，乳白板１４，光制御シート１５，拡散シート１６が該当している。
なお、完全拡散光とは、出射面の法線方向（正面方向）の輝度を１００％とした場合に、出射面の法線方向から３０度傾いた方向の輝度が８０％以上であり、かつ、出射面の法線方向から６０度傾いた方向の輝度が６０％以上ある拡散光を指すものとする。

ＬＣＤパネル１１は、透過型の液晶表示素子により形成されており、その大きさは、対角３２インチ（４２０ｍｍ×７４０ｍｍ）で、解像度１２８０×７６８の表示を行うことができる。発光管１３の長手方向に沿った方向が、水平方向として使用され、発光管１３が並ぶ方向が、垂直方向として使用される。
発光管１３は、面光源装置の光源部を形成する線光源の冷陰極管であり、本実施例では、略２０ｍｍ間隔で等間隔に１８本が並列に並べられている。発光管１３の背面には、反射板１２が設けられている。
反射板１２は、発光管１３の光制御シート１５とは反対側（背面側）の全面にわたって設けられており、背面側へ進む照明光を拡散反射して光制御シート１５方向（出射方向）へ向かわせ、入射光照度を均一に近付ける働きを持つ。

乳白板１４は、無指向性の光拡散特性を有し、透過する光を略完全拡散光として出射する完全拡散シートであり、発光管１３と光制御シート１５との間に配置されている。乳白板１４の両面には、マット処理が行われており、また、基材中に拡散剤が分散混入されており、これらによって拡散効果を発生する。乳白板の基材の材料としては、ポリカーボネート、ＭＳ（メタクリルスチレン：アクリル樹脂とスチレン樹脂との共重合体）材、及びＭＳ材にゴム成分を混入させたＭＢＳ（メチルメタクリレート・ブタジエン・スチレン）材などが使用される。厚みとしては、１ｍｍ〜３ｍｍ程度である。本実施例の乳白板１４の基材は、ＭＢＳ材を用いて厚さ２ｍｍに形成され、全光線透過率が６０％であり、出射面の法線方向から３０度傾いた方向の輝度が９５％であり、かつ、出射面の法線方向から６０度傾いた方向の輝度が８２％である。
また、乳白板１４は、耐湿度性を向上させるために、多層構造とすることもできる。例えばＭＳ材やＭＢＳ材では、スチレンリッチな材料でサンドイッチすることなどが考えられる。さらに、光源から発生する紫外線を除去するために基材中にＵＶ吸収剤を混ぜたり、光源側の表面にＵＶ吸収剤をコーティングすることもできる。

乳白板１４を配置する目的として、管ムラを低減することが挙げられる。ここで、管ムラとは、光源が蛍光管であるため、蛍光管がある部分と無い部分で明暗が発生してしまうことである。これを解消させるには、蛍光管との距離を離すこと、及び、拡散効果やレンズ効果を用いることにより、光を広げるとよい。しかし、面光源装置は、可能な限り薄いことが望まれるので、２０ｍｍ程度しかＬＣＤパネルとの距離を離すことができない。そこで、乳白板（完全拡散シート）や光制御シートの拡散度合いやレンズ効果が重要となる。また、蛍光管の代わりにＬＥＤ（発光ダイオード）光源などの点光源を用いる場合にも同等のことが言える。

本発明では、乳白板と光制御シート及び拡散フィルムとを組み合わせており、これらの複合体で管ムラが評価されなければならない。様々な組み合わせ評価を行った結果、特に管ムラには、乳白板の拡散度合いが最も影響が大きいこと、及び、乳白板によって管ムラを低減するためには、乳白板は、全光線透過率が５０％〜７０％であることが望ましいことが分かった。

ここで、上記条件を規定した理由を説明する。
乳白板の拡散度合いを増していけば、管ムラは低減されていくが、後方散乱が増えて光利用効率が悪化して、正面輝度低下に繋がる。従って、両者のバランスが重要となる。完全拡散シートの拡散度合いの目安としては、全光線透過率がある。
そこで、全光線透過率の異なる複数種類の乳白板を用意し、管ムラと正面輝度について評価した。
全光線透過率の測定は、ヘイズメーター（ＪＩＳＫ７１３６）を用いて測定を行った。
正面輝度の測定は、対角３２インチ（４２０ｍｍ×７４０ｍｍ）の図１の構成において、ＬＣＤパネル１１を取り除いた状態で行った。その状態で、乳白板を５種類（全光線透過率を変更した５種類のサンプル）交換して、輝度計（ＢＭ−９：トプコン社製）を面光源装置より１ｍ離して面光源装置に対して垂直となるようにセッティングを行い測定した。また測定ポイントは、面光源装置の略中心部分とした。全光線透過率６０％の乳白板を基準として、正面輝度の変動を測定した。この評価結果を表１に示す。

全光線透過率が４５％の場合、管ムラは無いが、正面輝度が１０％低下したので、使用には適さない。
全光線透過率が５５％の場合、管ムラは無く、正面輝度も４％の低下で済んだので、使用に適している。
全光線透過率が６５％の場合、管ムラは殆ど無く、正面輝度が３％上昇しており、使用に適している。
全光線透過率が７５％の場合、管ムラが発生しており、正面輝度が８％上昇したものの、使用には適さない。
以上の表１の結果から、乳白板の全光線透過率は、５０％〜７０％であることが望ましいといえる。

図２は、拡散シート１６の断面図である。
拡散シート１６は、ＬＣＤパネル１１と光制御シート１５との間に配置され、出射側に微細凸形状が形成された光拡散作用を有したシートである。
拡散シートとして使用されるものには、透明基材フィルムの表面に拡散材をコーティングしたタイプ、拡散材を基材に練り込んだタイプ、表面を粗面にしたタイプ、及びこれらの組み合わせが存在する。
本実施例の拡散シート１６は、これらの内で、透明基材フィルム１６ａの表面に拡散材をコーティングしたタイプである。具体的には、ＰＥＴ（PolyEthylene Terephthalate）樹脂製の厚さ１８８μｍの透明基材層（フィルム）上に、バインダ（１６ｃ）中に微小ビーズ（１６ｂ）を混練した拡散層をコートして形成している。この拡散層は、微小ビーズをバインダよりも突出させることにより、表面に微細凸形状が形成されている。本実施例で使用した拡散シート１６は、恵和（株）製の光拡散フィルムＢＳ−７０２であり、ヘイズ値は、８９．２％（メーカーカタログ値）である。

表面に拡散材（微小ビーズ）をコーティングした拡散シートは、微小ビーズのトップの丸い部分が突出するため、レンズ効果を発揮する。そのため、視野角の広い拡散光が入射した場合には、集光効果を発揮し、視野角の狭い拡散光が入射した場合には、拡散効果を発揮するという、他のタイプの拡散シートとは異なる特徴的な作用を持っている。
また、拡散材を分散させてコーティングしているので、周期構造を持たず、モアレが発生することもない。
さらに、表面にコーティングする拡散材の量を変えることにより、レンズ効果（集光及び拡散効果）を調整することが可能となる。拡散材の量が少ないと拡散材の密度が小さいため、レンズ効果よりも粗面による散乱効果が大きくなり、視野角の広い拡散光に対する集光効果が小さくなる。
なお、練り込みタイプや表面が粗面タイプの拡散シートは、レンズ効果ではなく、散乱効果や屈折効果により、拡散効果のみを発揮する点で、本実施例の拡散シート１６とは異なる。

図１に戻って、光制御シート１５は、乳白板１４と拡散シート１６との間に設けられ、出射側に単位光学形状１５１が突出して設けられた光学シートである。
単位光学形状１５１は、略半球形状の凸形状であり、光制御シート１５の出射側に、水平方向及び垂直方向に並べて配置されている。
本実施例の光制御シート１５は、屈折率１．５３の透明なＭＳ材を用いた押し出し成型により形成されている。なお、光制御シート１５は、ＭＳ材に限らず、ポリカーボネート、ＭＢＳ、ＰＭＭＡ、スチレン等の光透過性の有る他の熱可塑性樹脂を適宜選択して使用してもよいし、熱硬化性樹脂、紫外線硬化樹脂を用いた紫外線成型と呼ばれる方法により作製してもよい。
図３は、単位光学形状１５１の形状を表す模式図である。
単位光学形状１５１は、半径Ｒの半球が、凸量Ｈとなるように光制御シート１５に設けられている。
なお、光制御シートの単位光学形状としては、本実施例のようなレンズ形状の他に、三角錐や四角錐等のプリズム形状であってもよい。また、配列方法は、四角形状や六角形状に並べるいわゆる細密配置とすることが望ましい。

次に、光制御シート１５と拡散シート１６とを組み合わせて使用するに当たって、光制御シート１５がどのような光学特性を有していることが望ましいのかを説明する。
ここで、この説明のために、本実施例では、以下の表２に示す１５−１〜１５−４の４種類の光制御シート１５を用意した。表中のＨ，Ｒは、図３に示した寸法である。

この表２に示す光制御シート１５−１〜１５−４について、出射光の出射角度（視野角）特性を測定し、垂直方向の半値角αＶと、水平方向のαＨを求めた。なお、正面輝度及び出射角度特性の測定は図１に示す状態からＬＣＤパネル１１及び拡散シート１６を取り外し、視野角特性測定装置ＥＺＣｏｎｔｒａｓｔ（ＥＬＤＩＭ社製）を用いて行った。また、出射角度とは、出射光がシート面の法線と成す角度である。ここで、シート面とは、光制御シート１５全体として見たときにおける光制御シート１５の平面方向として定義される面を示すものであり、本実施例では、光制御シート１５の入射側の面と平行な面であり、以下の説明中において同一の定義として用いている。
図４は、光制御シート１５−１〜１５−４の出射角度（視野角）特性の測定結果を示す図である。図４の横軸は出射角度を示し、縦軸は輝度（単位：ｃｄ／ｍ² （＝ｎｉｔ））を示している。
この図４の測定結果から求めた各半値角を先に示した表２に併記した。

表２及び図４に示した光制御シート１５−１〜１５−４の出射側に、拡散シート１６を重ねて、出射角度特性の測定を行い、正面輝度及び垂直方向の半値角αＶ、水平方向のαＨの変化を調べた。なお、正面輝度及び出射角度特性の測定は、図１に示す状態からＬＣＤパネル１１を取り外し、上述した視野角特性測定装置ＥＺＣｏｎｔｒａｓｔを用いて行った。
図５は、光制御シート１５−１の出射側に拡散シート１６を重ねた場合の出射角度特性の測定結果を示す図である。
図６は、光制御シート１５−２の出射側に拡散シート１６を重ねた場合の出射角度特性の測定結果を示す図である。
図７は、光制御シート１５−３の出射側に拡散シート１６を重ねた場合の出射角度特性の測定結果を示す図である。
図８は、光制御シート１５−４の出射側に拡散シート１６を重ねた場合の出射角度特性の測定結果を示す図である。

図５〜図８では、グラフの横軸が出射角度を示し、縦軸がピーク輝度（正面（出射角度０°方向）輝度と等しい）を１００％として換算した相対輝度を示している。また、図５〜図８には、得られたピーク輝度と垂直方向の半値角αＶ及び水平方向の半値角αＨを併せて記載している。なお、αＶ（＋）とαＨ（＋）は、プラス方向の半値角をそれぞれ示し、αＶ（−）とαＨ（−）は、マイナス方向の半値角をそれぞれ示している。ここで、プラス方向は、垂直方向では下方向を示し、水平方向では左方向を示し、マイナス方向は、垂直方向では上方向を示し、水平方向では右方向を示す。

面光源装置としては、ＬＣＤパネル１１に入射する直前の照明光の半値角は、正面輝度の観点を考慮しなければ、広いほど望ましい。しかし、光を広範囲に広げて出射させてしまうと、正面輝度の低下を招くので、必要な角度範囲に出射角度を狭くし、正面輝度を高めることが望ましい。液晶テレビ装置等の一般的な用途では、半値角を上下方向で３５°〜４５°程度、左右方向で４５°〜５５°程度とし、正面輝度をできるだけ高くすることが望ましい。

ここで、面光源装置の照明光は、垂直方向のみに出射したり、水平方向のみに出射したりするのではなく、全方向に出射するものであるから、３次元的に取り扱うと出射特性を正確に表すことができる。しかし、通常、水平方向に出射する光が減少した場合には、垂直方向に出射する光が増加する傾向にあることからも分かるように、垂直及び水平の２方向について出射特性を検討しておけば、実使用上では十分であり、取り扱いが容易となる。そこで、ここでは、垂直方向の半値角αＶ及び水平方向の半値角αＨの組み合わせで、光制御シート１５の出射特性を取り扱う。

図５の結果から、垂直方向の半値角αＶ及び水平方向の半値角αＨが６０°である光制御シート１５−１に拡散シート１６を重ねると、垂直方向の半値角αＶが４８°〜４９°、水平方向の半値角αＨが４９°となり、集光効果が発揮され、ピーク輝度も８３３９．７（ｃｄ／ｍ² ）から９１７５．８（ｃｄ／ｍ² ）に上昇した。
したがって、拡散シート１６を、光制御シート１５−１に重ねることは、集光効果が得られ、ピーク輝度を上昇させるという効果があるという点では、有効である。しかし、上述した半値角を上下方向で３５°〜４５°程度、左右方向で４５〜５５°程度としてピーク輝度を上昇させるという狙いに対しては、未達である。よって、光制御シート１５の段階でより集光しておく必要があるといえる。

図６の結果から、垂直方向の半値角αＶ及び水平方向の半値角αＨが５５°である光制御シート１５−２に拡散シート１６を重ねると、垂直方向の半値角αＶが４６．５°〜４７．５°、水平方向の半値角αＨが４６．５°〜４７°となり、集光効果が発揮され、ピーク輝度も８４９５．６（ｃｄ／ｍ² ）から９２５７．３（ｃｄ／ｍ² ）に上昇した。
したがって、拡散シート１６を、光制御シート１５−２に重ねることは、有効である。そして、拡散シート１６を、光制御シート１５に重ねて有効な結果を得るためには、光制御シート１５によって、垂直方向の半値角αＶ及び水平方向の半値角αＨが５５°に相当する程度まで集光しておく必要があるといえる。

図７の結果から、垂直方向の半値角αＶ及び水平方向の半値角αＨが５０°である光制御シート１５−３に拡散シート１６を重ねると、垂直方向の半値角αＶが４５°、水平方向の半値角αＨが４５．５°〜４６．５°となり、集光効果が発揮され、ピーク輝度も９１６５．８（ｃｄ／ｍ² ）から９４０２．５（ｃｄ／ｍ² ）に上昇した。
したがって、拡散シート１６を、光制御シート１５−３に重ねることは、非常に有効である。

図８の結果から、垂直方向の半値角αＶ及び水平方向の半値角αＨが４５°である光制御シート１５−４に拡散シート１６を重ねると、垂直方向の半値角αＶが４４．５°〜４５°、水平方向の半値角αＨが４５°〜４５．５°となり、集光効果が殆ど発揮されていない。また、ピーク輝度も９３９２．５（ｃｄ／ｍ² ）から９４２０．０（ｃｄ／ｍ² ）になったが、これは殆ど変化なしと言える。
したがって、拡散シート１６を、光制御シート１５−４に重ねることは、集光効果及びピーク輝度の観点からは、理想的ではないが、モアレの低減効果を得ることができている点を考慮すれば、有効である。
この図８の結果から、拡散シート１６を、光制御シート１５に重ねて有効な結果を得られる限界は、拡散シート１６に入射する光の半値角が４５°程度であることが分かる。

以上の図５〜図８の結果をまとめると、以下のようになる。
（１）半値角５５°以上である拡散光に対しては、集光効果はあるが、視野角を絞りきれずに正面輝度が低い。
（２）半値角４５°以下である比較的集光された光に対しては、拡散シート１６の微小ビーズ１６ｂの集光効果が十分に働かない。
すなわち、本実施例で使用した拡散シート１６を使用して、集光効果を得ながらピーク輝度の上昇を図るには、光制御シート１５は、以下の条件を満たすことが望ましい。
９０°＜αＶ＋αＨ＜１１５° ・・・式（１）
上記式（１）の上限の１１５°という値は、図６の結果から、拡散シート１６を重ねたときに有効な結果が得られるために最大の半値角（５５°）を持つ光制御シート１５−２の垂直方向の半値角αＶ＝５５°と水平方向の半値角αＨ＝５５°とを足した値を含むように設定された値である。
また、上記式（１）の下限の９０°という値は、図８の結果から得られた下限値である垂直方向の半値角αＶ＝４５°と水平方向の半値角αＨ＝４５°とを足した値である。

なお、先に示したように、水平方向の半値角は、垂直方向の半値角よりも広くした方が望ましいので、その観点から、上記式（１）を、以下のように水平、垂直の各方向に分解し、この式（２）を満足する光制御シート１５としてもよい。
３５°＜αＶ＜４５°、５５°＜αＨ＜７０° ・・・式（２）
なお、本実施例で使用した拡散シート１６は、上述したように、ヘイズ値が８９．２％であるが、拡散シート１６のヘイズ値が低くなると、十分な集光効果を得ることができない。このヘイズ値の影響を調べるために、ヘイズ値が４７．９の拡散シートを比較例として用意し、これを拡散シート１６に代えて使用した場合の出射角度特性を調べた。
図１４は、光制御シート１５−１の出射側に比較例の拡散シートを重ねた場合の出射角度特性の測定結果を示す図である。
図１４の結果を図５の結果と比較すると、ヘイズ値の低い図１４の比較例では、垂直方向の半値角αＶが５４．５°〜５５．５°、水平方向の半値角αＨが５５．５°〜５６．５°であり、殆ど集光効果が発揮されず、ピーク輝度も８４９５．６（ｃｄ／ｍ² ）であり、光制御シート１５単体の場合と殆ど変化がなかった。また、レンズピッチと画素とのモアレ、また、蛍光管１３の管ムラが見えた。
なお、本実施例で使用した拡散シート１６は、上述したように、ヘイズ値が８９．２％であるが、ヘイズ値が７０％以上あれば、十分な集光効果が得られて、図５とほぼ同様な結果が得られる。

本実施例によれば、光制御シート１５の半値角を、式（１）及び式（２）を満たすようにするだけで、必要な範囲に光を有効に集光でき、ピーク輝度を高めることができ、また、モアレの発生もなく、輝度変化の滑らかな面光源装置を得られる。

図９は、本発明による透過型表示装置の実施例２を示す図である。
実施例２の透過型表示装置２０は、実施例１における光制御シート１５を単位光学形状の異なる光制御シート２５に置き換えた例である。したがって、前述した実施例１と同様の機能を果たす部分には、同一の符号を付して、重複する説明を適宜省略する。
光制御シート２５は、発光管１３から出射した光の輝度ムラを低減させて均一化するとともに集光効果を有した光学シートであり、出射側に光を収束して出射する単位光学形状２５１が形成されている。単位光学形状２５１は、平面と曲面とを組み合わせた形状となっており、光制御シート２５の出射側表面には、この単位光学形状２５１が平行に多数並べて配置されている。単位光学形状２５１の並ぶ方向は、発光管１３の並ぶ方向と一致している。

本実施例の光制御シート２５は、屈折率１．５３の透明なＭＳ材を用いた押し出し成型により形成されている。なお、光制御シート２５は、ＭＳ材に限らず、ポリカーボネート、ＭＢＳ、ＰＭＭＡ、スチレン等の光透過性の有る他の熱可塑性樹脂を適宜選択して使用してもよいし、熱硬化性樹脂、紫外線硬化樹脂を用いた紫外線成型と呼ばれる方法により作製してもよい。

図１０は、光制御シート２５を図９中に矢印で示したＳ１−Ｓ２断面で切断した断面図である。なお、図１０は、使用状態を切断した場合と同様な配置として示しており、図中の上下方向が垂直（上下）方向となり、図中の左方が出射側となるように示している。
単位光学形状２５１の形状については、頂点Ｔを基準として上側の上側形状２５１Ｕと、下側の下側形状２５１Ｄとに分けて説明する。
下側形状２５１Ｄは、位置Ａから頂点Ｔまでのシート面に平行な方向の幅が０．０９ｍｍ、すなわち図１０に示した断面において上下方向の幅ＷＤ＝０．０９ｍｍの平面（平面側）であり、シート面に対して４６度の角度を持って形成されている。
上側形状２５１Ｕは、図１０に示した断面において、位置Ａからシート面に平行に上方へ０．１８９ｍｍにある位置Ｂを置き、この位置Ｂと頂点Ｔとを通る半径０．１９５ｍｍの円筒面（曲面側）である。従って、この上側形状２５１Ｕの上下方向の幅ＷＵ＝０．０９９ｍｍであり、単位光学形状２５１中に占める平面側と曲面側との比は、シート面に平行な方向の幅の比ＷＤ：ＷＵ＝１：１．１となっている。

図１１は、光制御シート２５の出射角度特性の測定結果を示す図である。
なお、出射角度特性の測定は、図９に示す状態からＬＣＤパネル１１及び拡散シート１６を取り外し、視野角特性測定装置ＥＺＣｏｎｔｒａｓｔを用いて行った。
光制御シート２５の垂直方向の半値角αＶ＝３８°〜３９°であり、水平方向の半値角αＨ＝６４．５°〜６５．５°であるから、実施例１の説明中に示した式（１）及び式（２）を満足している。

ここで、本実施例の光制御シート２５において、上側形状２５１Ｕとして円筒面を設け、下側形状２５１Ｄとして平面を設けた非対称の単位光学形状の作用を説明するために、対称な単位光学形状である三角プリズムを有した比較例を用意し、これを面光源装置に用いて出射角度特性を測定した。なお、比較例として用いた三角プリズムを有する光制御シートは、ＢＥＦ３（住友スリーエム株式会社製）である。
図１２は、比較例の光制御シートの出射角度特性の測定結果を示す図である。
まず、垂直方向で図１１と図１２とを比較すると、比較例では、出射角度４０°付近で急激な輝度の低下があり、出射角度０°付近の輝度ピークの他に、６０°〜８０°程度の大きな出射角度方向に第２の輝度ピークが存在している。そして、観察すると黒表示時に、光の漏れ光が多くなり、コントラストが劣化してしていた。これに対して本実施例の光制御シート２５の場合には、出射角度０°付近の輝度が若干下がったものの、その付近の裾部分が広がり、輝度の落ち込み方が緩やかになっている。また、出射角度マイナス側（上方）の不要な輝度ピークが無くなっている。

水平方向においては、比較例及び光制御シート２５ともに不要な輝度ピークは存在しないものの、比較例において出射角度６０°付近で急激に低下する輝度変化が、光制御シート２５を使用することにより輝度の変化が滑らかになっている。
このように、本実施例の光制御シート２５を用いると、水平、垂直のいずれの方向においても、視野角特性の変化が緩やかになる。また、垂直方向において、不要な輝度ピークを解消、又は、抑制できる。
以下、この理由について説明する。比較例における急激な輝度の変化は、平面からなる三角プリズムを用いていることから当然に生じるものである。この急激な変化を抑制して緩やかな変化とし、不要なピークを無くすには、曲面からなる単位光学形状とするとよい。しかし、その一方で、出射角度０°付近の輝度を高くするには、平面を利用することが有効である。

ここで、本実施例で示したような表示装置を見る場合には、人間の目が水平方向に並んでいることもあり、水平方向の視野角特性は、対称であることが求められる。しかし、垂直方向に関しては、視野角特性が対称である必要は無い。垂直方向の視野角特性として要求されることは、下方から見ることは殆ど無いため、下方の特性については、急峻な視野角特性で視野角を絞り、正面（出射角度０°方向）輝度を向上させることである。一方、上方の特性については、緩やかな視野角の変化が望ましく、また、不要な輝度ピークを抑える必要がある。さらに、水平方向の特性については、可能な限り広く、かつ、緩やかな視野角の変化が望ましい。

そこで、本実施例では、上側形状２５１Ｕを円筒面とし、下側形状２５１Ｄを平面とした非対称の単位光学形状２５１として、出射角度０°付近の輝度を大きく下げずに、上方における輝度変化を緩やかにして上方の不要な輝度ピークを抑制している。
このように、本実施例の光制御シート２５を用いると、平面と曲面とを組み合わせた非対称の単位光学形状を有しているので、画面を観察する位置によらずムラのない均一な照明を行うことができ、特に大きな出射角度方向に生じる不要な輝度ピークを抑制でき、輝度変化を緩やかにできる。

図１３は、光制御シート２５の出射側に拡散シート１６を重ねた場合の出射角度特性の測定結果を示す図である。
なお、出射角度特性の測定は図９に示す状態からＬＣＤパネル１１を取り外し、視野角特性測定装置ＥＺＣｏｎｔｒａｓｔを用いて行った。
拡散シート１６を光制御シート２５の出射側に重ねることにより、垂直方向の半値角αＶが４４．５°〜４１°と広がり、水平方向の半値角αＨが４６．５°〜４７．５°となり、集光効果が発揮され、ピーク輝度が８７５７．７（ｃｄ／ｍ² ）から９９１９．８（ｃｄ／ｍ² ）へと向上した。また、出射角度６０°以上に存在していた輝度上昇部分が無くなり、なだらかな出射角度特性の変化となった。なお、垂直方向の視野角特性は、狙いよりも広くなっているが、出射角度６０°以上に存在していた光を集めることにより、ピーク輝度を十分に高い値とすることができている。

本実施例によれば、非対称の単位光学形状２５１を有した光制御シート２５に拡散シート１６を重ねたので、ピーク輝度が高く、出射特性が滑らかに変化する面光源装置とすることができる。また、拡散シート１６の拡散効果によって、モアレの発生も抑制できる。

（変形例）
以上説明した実施例に限定されることなく、種々の変形や変更が可能であって、それらも本発明の均等の範囲内である。
（１）各実施例において、光制御シート１５，２５は、１種類の単位光学形状が出射側に並べられている例を示したが、これに限らず、例えば、複数種類の単位光学形状を組み合わせて出射側に配置してもよい。

（２）実施例２において、単位光学形状２５１の頂点Ｔは、上側形状２５１Ｕと下側形状２５１Ｄとを単に接続する尖った形状となっている例を示したが、これに限らず、例えば、頂点を挟んで非対称に形成された上側形状２５１Ｕと下側形状２５１Ｄとを滑らかに繋げる曲面を単位光学形状２５１の頂点部分に形成してもよい。これにより、輝度変化をより滑らかにでき、また、光制御シート２５と重ねられる拡散シート１６に傷をつけてしまうことを防止できる。

（３）各実施例において、発光部には、線光源が並べられている例を示したが、これに限らず、例えば、ＬＥＤ等の点光源を多数並べた発光部であってもよいし、有機ＥＬ（electroluminescence）、無機ＥＬ等の面発光をする発光部であってもよい。

本発明による透過型表示装置の実施例１を示す図である。 拡散シート１６の断面図である。 単位光学形状１５１の形状を表す模式図である。 光制御シート１５−１〜１５−４の出射角度（視野角）特性の測定結果を示す図である。 光制御シート１５−１の出射側に拡散シート１６を重ねた場合の出射角度特性の測定結果を示す図である。 光制御シート１５−２の出射側に拡散シート１６を重ねた場合の出射角度特性の測定結果を示す図である。 光制御シート１５−３の出射側に拡散シート１６を重ねた場合の出射角度特性の測定結果を示す図である。 光制御シート１５−４の出射側に拡散シート１６を重ねた場合の出射角度特性の測定結果を示す図である。 本発明による透過型表示装置の実施例２を示す図である。 光制御シート２５を図９中に矢印で示したＳ１−Ｓ２断面で切断した断面図である。 光制御シート２５の出射角度特性の測定結果を示す図である。 比較例の光制御シートの出射角度特性の測定結果を示す図である。 光制御シート２５の出射側に拡散シート１６を重ねた場合の出射角度特性の測定結果を示す図である。 光制御シート１５−１の出射側に比較例の拡散シートを重ねた場合の出射角度特性の測定結果を示す図である。

符号の説明

１０，２０ 透過型表示装置
１１ ＬＣＤパネル
１２ 反射板
１３ 発光管
１４ 乳白板
１５，２５ 光制御シート
１５１，２５１ 単位レンズ
２５１Ｕ 上側形状
２５１Ｄ 下側形状
１６ 拡散シート

Claims (15)

1. 透過型表示部を背面から照明する面光源装置であって、
   略完全拡散光を出射面から出射する光源部と、
   前記光源部よりも出射側に設けられ、前記光源部が出射した光を集光及び／又は拡散する作用を有する単位光学形状が形成された光制御シートと、
   前記光制御シートよりも前記光の出射側に設けられ、出射側に微細凸形状が形成された拡散シートと、
   を備える面光源装置。
2. 請求項１に記載の面光源装置において、
   前記光源部は、光を発光する発光部と、
   前記発光部が発光する光を略完全拡散光とする完全拡散シートと、
   を有すること、
   を特徴とする面光源装置。
3. 請求項１又は請求項２に記載の面光源装置において、
   前記拡散シートは、基材層と、
   前記基材層上に設けられた拡散層とを有し、
   前記拡散層は、複数の微小ビーズと、前記微小ビーズを固着するバインダとを有しており、
   前記微小ビーズが固着されている部分は、前記微小ビーズが固着されずに前記バインダのみとなっている部分よりも出射側へ突出して前記微細凸形状が形成されていること、
   を特徴とする面光源装置。
4. 請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の面光源装置において、
   前記拡散シートのヘイズ値は、７０％以上であること、
   を特徴とする面光源装置。
5. 請求項４に記載の面光源装置において、
   前記光制御シートに完全拡散光が入射したときに出射する光の半値角であって、面光源装置の通常使用状態における上下方向の半値角である垂直半値角をαＶとし、
   前記光制御シートに完全拡散光が入射したときに出射する光の半値角であって、面光源装置の通常使用状態における左右方向の半値角である水平半値角をαＨとしたとき、
   ９０°＜αＶ＋αＨ＜１１５°
   の関係を満たすこと、
   を特徴とする面光源装置。
6. 請求項５に記載の面光源装置において、
   ３５°＜αＶ＜４５°
   ５５°＜αＨ＜７０°
   の関係を満たすこと、
   を特徴とする面光源装置。
7. 請求項２から請求項６までのいずれか１項に記載の面光源装置において、
   前記完全拡散シートの全光線透過率は、５０％〜７０％であること、
   を特徴とする面光源装置。
8. 請求項１から請求項７までのいずれか１項に記載の面光源装置において、
   前記光制御シートに形成されている前記単位光学形状は、断面形状が非対称な形状であって出射側に突出して一次元方向に多数並べて配列されていること、
   を特徴とする面光源装置。
9. 請求項８に記載の面光源装置において、
   前記光制御シートに形成されている前記単位光学形状は、平面により形成された平面側と、曲面により形成された曲面側とを有すること、
   を特徴とする面光源装置。
10. 請求項９に記載の面光源装置において、
    前記光制御シートに形成されている前記単位光学形状の前記曲面側は、使用状態で上側となるように設けられていること、
    を特徴とする面光源装置。
11. 請求項８から請求項１０までのいずれか１項に記載の面光源装置において、
    前記光制御シートに形成されている前記単位光学形状の頂点は、前記頂点を挟んで非対称に形成された各面を滑らかに繋げる曲面により形成されていること、
    を特徴とする面光源装置。
12. 請求項１から請求項７までのいずれか１項に記載の面光源装置において、
    前記光制御シートに形成されている前記単位光学形状は、出射側に突出して二次元方向に多数並べて配列されていること、
    を特徴とする面光源装置。
13. 請求項１から請求項１２までのいずれか１項に記載の面光源装置において、
    前記光制御シートに形成されている前記単位光学形状は、略楕円筒の一部形状、又は、略回転楕円体の一部形状を含み、出射側に突出して多数並べて配列されていること、
    を特徴とする面光源装置。
14. 請求項１から請求項１３までのいずれか１項に記載の面光源装置において、
    前記光制御シートは、１種類の熱可塑性樹脂により形成されていること、
    を特徴とする面光源装置。
15. 透過型表示部と、
    請求項１から請求項１４までのいずれか１項に記載の面光源装置と、
    を備える透過型表示装置。
    
    

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