JP4320672B2 - 光学シートおよび表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、光透過性の光学シートおよびその光学シートを内蔵する表示装置に関する。

近年、液晶表示装置は、低消費電力、省スペース等の利点や、低価格化等により、従来から表示装置の主流であったブラウン管（ＣＲＴ；Cathode Ray Tube）に置き換わりつつある。その液晶表示装置においても、例えば画像を表示する際の照明方法で分類するといくつかのタイプが存在し、代表的なものとして、液晶パネルの背後に配置した面発光源を利用して画像表示を行う透過型の表示装置が挙げられる。

このような透過型の表示装置では、表示輝度を高くし、かつ視野角を広げることが表示装置の商品価値を高める上で特に重要である。そこで、従来から、面発光源と液晶パネルとの間に、レンズシートと拡散機能を有する反射偏光シートとが面発光源側からこの順に配置されている（特許文献１参照）。これにより、面発光源から射出された拡散光がレンズシートで集光されるので、正面輝度が増加する。また、その集光された光は反射偏光シートでｐｓ分離されると共にｐ波だけが透過する。このとき、ｓ波は反射偏光シートで選択的に反射されるが、反射されたｓ波は面発光源内の反射シートで再び反射する際にｐ波とｓ波に分かれ、再利用されている。また、反射偏光シートに入射した光は反射偏光シートの拡散機能により拡散され、発散角が広がる。その結果、表示装置の表示輝度が高くなり、視野角が広がる。

特許第３７０４３６４号

このように、レンズシートは表示装置の表示輝度を高めるために用いられるが、面発光源からの熱によって液晶パネル側にたわんでしまうことがあり、その場合には、輝度むらが発生したり、液晶パネルを傷つけてしまう虞がある。特に、表示装置の画面サイズの大型化に伴い、その問題が顕在化している。そこで、レンズシートを厚くしたり、硬い材料で構成し、レンズシートがたわまないようにすることが考えられる。しかし、レンズシートを厚くすると、その厚みの増加分だけ表示装置の厚みが増大してしまうので、近年の薄型化のトレンドに逆行することになり、商品価値が低下してしまう。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、レンズシートを厚くしたり、硬い材料で構成しなくても、レンズシートにたわみがほとんど生じない光学シートおよびその光学シートを備えた表示装置を提供することにある。

本発明の光学シートは、光射出面に延在する複数の第１立体構造を配列してなる第１レンズシートと、入射する光のうちｐ偏光成分およびｓ偏光成分のいずれか一方を透過して他方を反射する反射偏光シートと、接合層とを備えたものである。上記第１立体構造の頭部が接合層を介して反射偏光シートに接合されている。第１立体構造の配列方向の幅は、１１０μｍ以上３３０μｍ以下となっており、第１立体構造の配列方向の接合幅は、第１立体構造の配列方向の幅の２０％以下となっている。

本発明の光学シートでは、第１立体構造の頭部が反射偏光シートに接合されているので、第１レンズシートの変形動作が反射偏光シートとの一体化によって制限される。

本発明の表示装置は、画像信号に基づいて駆動されるパネルと、パネルを照明するための光を発する面発光源とを備えたものである。パネルと光源との間には光学シートが配置されている。この光学シートは、光射出面に延在する複数の立体構造を配列してなるレンズシートと、入射する光のうちｐ偏光成分およびｓ偏光成分のいずれか一方を透過して他方を反射する反射偏光シートと、接合層とを有しており、立体構造の頭部が反射偏光シートに接合されている。第１立体構造の配列方向の幅は、１１０μｍ以上３３０μｍ以下となっており、第１立体構造の配列方向の接合幅は、第１立体構造の配列方向の幅の２０％以下となっている。

本発明の表示装置では、立体構造の頭部が反射偏光シートに接合されているので、レンズシートの変形動作が反射偏光シートとの一体化によって制限される。

本発明の光学シートによれば、第１立体構造の頭部を反射偏光シートに接合するようにしたので、第１レンズシートの変形動作を反射偏光シートとの一体化によって制限することができる。これにより、第１レンズシートを厚くしたり、硬い材料で構成しなくても、第１レンズシートにたわみが生じることをほとんどなくすることができる。

本発明の表示装置によれば、立体構造の頭部を反射偏光シートに接合するようにしたので、レンズシートの変形動作を反射偏光シートとの一体化によって制限することができる。これにより、レンズシートを厚くしたり、硬い材料で構成しなくても、レンズシートにたわみが生じることをほとんどなくすることができる。

また、本発明の光学シートにおいて、第１立体構造の配列方向の接合幅を第１立体構造の配列方向の幅の２０％以下とした場合には、立体構造の頭部と反射偏光シートとの接合による輝度の低下を最小限に抑えつつ、レンズシートにたわみが生じることをほとんどなくすることができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施の形態に係る表示装置１の断面構造を表すものである。この表示装置１は、映像信号に応じて各画素が駆動される透過型の液晶パネル２０と、この液晶パネル２０の背後に配置された照明装置１０と、液晶パネル２０を駆動して映像を表示させるための駆動回路（図示せず）とを備えており、液晶パネル２０の表面が観察者（図示せず）側に向けられている。なお、本実施の形態では、便宜的に、液晶パネル２０はその表面が水平面と直交するように配置されているものとする。

液晶パネル２０は、観察側の透明基板２９と照明装置１０側の透明基板２２との間に液晶層２５を有する積層構造となっている。具体的には、照明装置１０側から順に、偏光板２１、透明基板２２、透明電極２３、配向膜２４、液晶層２５、配向膜２６、透明電極２７、カラーフィルタ２８、透明基板２９および偏光板３０を有する。

偏光板２１，３０は、光学シャッタの一種であり、ある一定の振動方向の光（偏光）のみを通過させる。これら偏光板２１，３０はそれぞれ、偏光軸が互いに９０度異なるように配置されており、これにより照明装置１０からの射出光が、液晶層２５を介して透過し、あるいは遮断されるようになっている。

透明基板２２，２９は、可視光に対して透明な基板、例えば板ガラスからなる。なお、照明装置１０側の透明基板２２には、図示しないが、透明画素電極２３に電気的に接続された駆動素子としてのＴＦＴ（Thin Film Transistor；薄膜トランジスタ）および配線などを含むアクティブ型の駆動回路が形成されている。

透明電極２３，２７は、例えばＩＴＯ（Indium Tin Oxide；酸化インジウムスズ）からなる。透明電極２３は、透明基板２２上に格子配列またはデルタ配列されたものであり、各ドット（ピクセル）ごとの電極として機能する。他方、透明電極２７は、カラーフィルタ２８上に一面に形成されたものであり、各透明電極２３に対して対向する共通電極として機能する。

配向膜２４，２６は、例えばポリイミドなどの高分子材料からなり、液晶に対して配向処理を行う。

液晶層２５は、例えば、ＶＡ（Vertical Alignment）モード、ＴＮ（Twisted Nematic）モードまたはＳＴＮ（Super Twisted Nematic）モードの液晶からなり、後述するように、駆動回路からの印加電圧により、照明装置１０からの射出光を各ピクセルごとに透過または遮断する変調機能を有する。なお、液晶の光透過レベルを変えることにより各ピクセルごとの階調が調整される。

カラーフィルタ２８は、液晶層２５を透過してきた光を、例えば、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）および青（Ｂ）の三原色にそれぞれ色分離したり、または、Ｒ、Ｇ、Ｂおよび白（Ｗ）などの四色にそれぞれ色分離するためのカラーフィルタを、透明電極２３の配列と対応させて配列したものである。

照明装置１０は光源１１を有しており、光源１１の液晶パネル２０側には、光源像分割シート１２、拡散シート１３、レンズシート１４（第１レンズシート）、反射偏光シート１５およびレンズシート１６（第２レンズシート）が光源１１側から順に配置されており、他方、光源１１の背後には、反射シート１７が配置されている。このように、この照明装置１０はいわゆる直下型の構成となっている。なお、本実施の形態のレンズシート１４、反射偏光シート１５およびレンズシート１６からなる積層構造体が本発明の「光学フィルム」の一具体例に対応している。

光源１１は、複数の線状光源１１Ａが等間隔（例えば２０ｍｍ間隔）で並列配置されたものである。線状光源１１Ａは、典型的には、冷陰極管（ＣＣＦＬ；Cold Cathode Fluorescent Lamp）と呼ばれる冷陰極蛍光ランプであるが、発光ダイオード（ＬＥＤ；Light Emitting Diode）や、有機ＥＬ（Electro Luminescence）などの点状光源を直線状に配置したものであってもよい。各線状光源１１Ａは、例えば水平方向（図１の紙面に垂直な方向）に延在して配置されている。

反射シート１７は、例えばアルミニウム（Ａｌ）、発泡ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）およびポリカーボネートを光源１１側から順に積層したものであり、光源１１からの射出光の一部を、液晶パネル２０の方向へ反射するようになっている。これにより、光源１１からの射出光を効率的に利用することができる。

光源像分割シート１２は、例えば、透光性を有する樹脂材料からなる。この光源像分割シート１２は、その底面１２Ａが液晶パネル２０の表面と平行となるように配置されている。光源像分割シート１２の液晶パネル２０側の表面には、図２にその断面の一例を拡大して示したように、光源像分割シート１２の底面１２Ａと平行な平面に沿って延在する複数の柱状のレンズ１２−１（立体構造）が連続して配列されている。ここで、各レンズ１２−１は、各レンズ１２−１の延在方向が各線状光源１１Ａの延在方向（例えば水平方向）と互いに平行となるように配置されていることが好ましいが、各線状光源１１Ａの延在方向に対して光学特性上許容できる範囲内で交差するように配置されていてもよい。各レンズ１２−１は、例えば、頂角θ１の頭部１２Ｂに接する傾斜面１２Ｃ，１２Ｄを有する三角柱状の形状を有しており、これら傾斜面１２Ｃ，１２Ｄは、底面１２Ａに対して底角θ２で斜めに対向して配置されている。

これにより、光源像分割シート１２は、一の線状光源１１Ａから射出された光のうち底面１２Ａまたは傾斜面１２Ｃ，１２Ｄに臨界角未満の角度で入射した光を液晶パネル２０側に射出する一方で、臨界角以上の角度で入射した光を全反射するので、一の線状光源１１Ａがつくる光源像を傾斜面の数（厳密には傾斜角ごとに分類される面の数）に応じて複数に分割する機能を有する。つまり、この光源像分割シート１２は、一の線状光源１１Ａがつくる光源像を複数に分割し、分割した後の各光源像により形成される光源像同士の間隔を線状光源１１Ａ同士の間隔よりも狭くするので、分割した後の光源像の輝度レベル（最大値）と分割した後の光源像同士の間の輝度レベル（最小値）との差を、分割前の光源像の輝度レベル（最大値）と分割前の光源像間の輝度レベル（最小値）との差よりも小さくし、照明輝度のむらを低減することができる。従って、光源像分割シート１２は拡散シートの一種とも言える。

拡散シート１３は、例えば、比較的厚手の板状の透明樹脂の内部に拡散材（フィラ）を分散して形成された拡散板、比較的薄手のフィルム状の透明樹脂上に拡散材を含む透明樹脂（バインダ）を塗布して形成された拡散フィルム、またはこれらを組み合わせたものである。板状またはフィルム状の透明樹脂には、例えばＰＥＴ、アクリル、ポリカーボネートなどが用いられる。拡散材には、例えばＳｉＯ_２などの無機フィラや、アクリルなどの有機フィラなどが用いられる。

レンズシート１４は、例えば、透光性を有する樹脂材料を主として構成されている。このレンズシート１４は、その底面１４Ａが液晶パネル２０の表面と平行となるように配置されている。レンズシート１４の液晶パネル２０側の表面には、図３にその断面の一例を拡大して示したように、レンズシート１４の底面１４Ａと平行な平面に沿って延在する複数の柱状のレンズ１４−１（第１立体構造）が連続的に並列配置されている。各レンズ１４−１は、例えば、頂角θ３の頭部１４Ｂに接する傾斜面１４Ｃ，１４Ｄを有する三角柱形状となっている。これら傾斜面１４Ｃ，１４Ｄは、底面１４Ａに対して底角θ４で斜めに対向して配置されている。

各レンズ１４−１の配列方向の幅（ピッチＰ）は、１１０μｍ以上５００μｍ以下となっている。このように、各レンズ１４−１のピッチＰを１１０μｍ以上とすることにより、正面輝度を最大化することが可能である。なお、各レンズ１４−１のピッチＰを５００μｍよりも大きくすると、各レンズ１４−１の高さ（厚さ）も大きくなるので、各レンズ１４−１の形成されている基材部分の厚さも厚くすることが必要となり、薄型化のトレンドに逆行することになる。仮に厚さを抑えるために基材部分の厚さを薄くすると、レンズシート１４の剛性が低下して取り扱い性が悪くなったり、実装時に撓みが生じ易くなってしまう。また、各レンズ１４−１のピッチＰを５００μｍよりも大きくすると、各レンズ１４−１における輝度向上の効果が小さくなってしまう。つまり、必要以上にピッチＰを広くすることは好ましくない。なお、各レンズ１４−１のピッチＰを３３０μｍよりも大きくすると、輝度の上昇率が飽和するので、ピッチＰを３３０μｍ以下とすることが好ましい。

なお、各レンズ１４−１は、図３に示したような三角柱形状に限定されるものではなく、例えば、図４（Ａ）に示したように、五角柱形状であってもよいし、例えば、図４（Ｂ）に示したように、各レンズ１４−１の延在方向と直交する方向に、楕円形状および非球面形状などの曲面形状（例えばシリンドリカル形状）を有するものであってもよい。

また、各レンズ１４−１は互いに同一の形状および同一の大きさでなくてもよく、例えば、（ア）隣接する同一形状の２つのレンズ１４−１の一方が高く（大きく）、他方が低い（小さい）一組のプリズム（立体構造）を延在方向に沿って等ピッチで並べて配置されたものであってもよいし、例えば、（イ）隣接する同一高さの２つのレンズ１４−１の形状が互いに異なる一組のプリズム（立体構造）を延在方向に沿って等ピッチで並べて配置されたものであってもよいし、例えば、（ウ）隣接する２つのレンズ１４−１の形状および大きさ（高さ）の双方が互いに異なる一組のプリズム（立体構造）を延在方向に沿って等ピッチで並べて配置されたものであってもよい。ここで、上記（ア）のケースでは、例えば、図５（Ａ）に示したように、一方の三角柱状のレンズ１４−１の底角θ３（傾斜角）が他方の三角柱状のレンズ１４−１の底角θ４（傾斜角）よりも大きな一組のプリズムを延在方向に沿ってピッチＰで並べて配置することが可能である。また、上記（イ）のケースでは、例えば図５（Ｂ）に示したように、底角θ５，θ６（傾斜角）の互いに異なる三角柱状の一のレンズ１４−１を線対称に並べた一組のプリズムを延在方向に沿ってピッチＰで並べて配置することが可能である。上記（ウ）のケースでは、例えば、背の高い五角柱形状のレンズ１４−１と、背の低い三角柱形状のレンズ１４−１とからなる一組のプリズムを延在方向に沿ってピッチＰで並べて配置することが可能である。なお、各レンズ１４−１の延在方向に複数の凸部や凹部を備えていてもよい。

また、図６（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）に示したように、各レンズ１４−１の間に、傾斜角がゼロの平坦面１４Ｅを頭部として設けてもよいし、図７（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）に示したように、レンズ１４−１のうち拡散シート１３側に突出した部分に、傾斜角がゼロの平坦面１４Ｆを頭部として設けてもよい。

このレンズシート１４は、透光性を有する樹脂材料、例えば熱可塑性樹脂を用いて、例えば溶融押し出し成形、熱プレス成形またはサンドブラスト成形などにより形成されていてもよいし、また、透光性の基材、例えば、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）上にエネルギー線（たとえば紫外線）硬化樹脂を転写して形成されていてもよい。

ここで、熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリカーボネート樹脂、ＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート樹脂）などのアクリル樹脂、ポリエチレンテレフタレートなどのポリエステル樹脂、ＭＳ（メチルメタクリレートとスチレンの共重合体）などの非晶性共重合ポリエステル樹脂、ポリスチレン樹脂およびポリ塩化ビニル樹脂などが挙げられる。

これにより、レンズシート１４は、拡散シート１３で拡散された光のうち各レンズ１４−１の延在方向と直交する方向（例えば水平方向）の成分を液晶パネル２０と直交する方向に屈折透過させ、指向性を増加させるようになっている。なお、このレンズシート１４では、拡散シート１３で拡散された光のうち各レンズ１４−１の延在方向（例えば鉛直方向）の成分については各レンズ１４−１の屈折作用による集光効果は少なく、レンズシート１４を透過した光は、各レンズ１４−１の延在方向の視野角（例えば垂直視野角）が広く、各レンズ１４−１の延在方向と直交する方向の視野角（例えば水平視野角）が狭い状態となっている。

反射偏光シート１５は、例えば屈折率の互いに異なる層を交互に積層した多層構造を有しており、レンズシート１４によって指向性の高められた光を反射偏光子でｐｓ分離すると共にｐ波だけを透過させ、ｓ波を選択的に反射するようになっている。反射されたｓ波は照明装置１０内の反射シート１７で再び反射され、その際にｐ波とｓ波に分かれるので、反射偏光シート１５で反射されたｓ波を再利用することができる。この反射偏光シート１５は、さらに、上記多層構造を拡散シートで挟み込んで形成されていてもよい。これにより、その多層膜を透過したｐ波を反射偏光シート１５内の拡散シートで拡散して、視野角を広げることが可能となる。この反射偏光シート１５は、上記多層構造だけでも光源１１からの熱によりほとんどたわまない程度の剛性を備えているが、上記多層構造を拡散シートで挟み込んだ積層構造を備えている場合には、より一層剛性が上がるので、たわみは生じない。なお、拡散シートとして輝度向上に望ましいのは、光源入射側から入射した後の出射側でのヘイズ値が小さくなる（後方散乱へイズ値が、前方散乱 ヘイズ値よりも小さくなる）様に設計することが望ましく、例えば光出射側に 凸状のレンズアレイを多数設けられたような構造が望ましいが、結果として後方散乱へイズ値が、前方散乱 ヘイズ値よりも小さくなれば輝度高上に寄与される。

レンズシート１６は、レンズシート１４と同様、例えば、透明な合成樹脂からなる。このレンズシート１６は、その底面１６Ａが液晶パネル２０の表面と平行となるように配置されている。レンズシート１６の液晶パネル２０側の表面には、図８にその断面の一例を拡大して示したように、レンズシート１６の底面１６Ａと平行な平面に沿って延在する複数の柱状のレンズ１６−１（第２立体構造）が連続して配列されている。ここで、各レンズ１６−１は、各レンズ１６−１の延在方向がレンズシート１４の各レンズ１４−１の延在方向（例えば水平方向）と互いに直交するように配置されていることが好ましいが、各レンズ１４−１の延在方向に対して光学特性上許容できる範囲内で交差するように配置されていてもよい。各レンズ１６−１は、例えば、レンズ１６−１の延在方向と直交する方向に球面または非球面を有するシリンドリカル形状となっている。なお、各レンズ１６−１が上記シリンドリカル形状となっている場合には、レンズ１６−１の延在方向と直交する方向における頂点に対応する部分が頭部１６Ｂとなる。

また、各レンズ１６−１の配列方向の幅（ピッチＰ）は、５０μｍ以下となっている。ここで、各レンズ１６−１のピッチＰを５０μｍ以下とすることにより、各画素を構成するピクセルの組み合わせによって形成される規則正しい繰り返し模様と、液晶パネル２０に最も近接して配置されている光学部品であるレンズシート１６を構成する各レンズ１６−１によって形成される規則正しい繰り返し模様とが相互に干渉して、周期的な縞状のパターン（モアレ）が液晶パネル２０の表面に出現したとしても、そのモアレを目立たなくすることができる。もっとも、各レンズ１６−１のピッチＰをあまり小さくすると輝度を上昇させる効果が薄れるので、１μｍ以上であることが好ましく、１０μｍ以上であることがより好ましい。

なお、各レンズ１６−１は、上記した各レンズ１２−１と同様、同一の形状および同一の大きさとなっていなくてもよく、例えば、図４（Ａ），（Ｂ）から図７（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）にそれぞれ例示したような各種立体構造をとることが可能である。

これにより、レンズシート１６は、反射偏光シート１５で拡散された光のうち各レンズ１６−１の延在方向と直交する方向（例えば鉛直方向）の成分を液晶パネル２０と直交する方向に屈折透過させ、これにより、指向性を増加させるようになっている。なお、このレンズシート１６では、反射偏光シート１５で拡散された光のうち各レンズ１６−１の延在方向（例えば水平方向）の成分については各レンズ１６−１の屈折作用による集光効果を受けないので、レンズシート１６は、レンズシート１４で生じたアンバランスを緩和する方向に作用する。従って、各レンズ１６−１の延在方向と各レンズ１４−１の延在方向とを互いに直交するようにした場合には、照明装置１０から射出された光は、各レンズ１６−１の延在方向と直交する方向の視野角（水平視野角）と、各レンズ１６−１の延在方向の視野角（垂直視野角）とがほぼ等しいバランスの良い状態となっている。また、上記したように、反射偏光シート１５で拡散された光のうち各レンズ１６−１の延在方向と直交する方向（例えば水平方向）の成分を液晶パネル２０と直交する方向に集光するので、正面輝度が充分に高くなっている。

ところで、レンズシート１４、反射偏光シート１５およびレンズシート１６からなる積層構造体において、少なくともレンズシート１４と反射偏光シート１５とが互いに接合されている。なお、さらに、レンズシート１６と反射偏光シート１５とが互いに接合されていることが好ましい。ここで、接合とは、両者を圧着などにより機械的に固定したり、図９に示したように、両者のうち一方または双方の表面に接合層１８を塗布し、その接合層１８を介して両者を化学的に固定することを含む概念である。接合層１８は、例えば、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂またはエネルギー線硬化樹脂などにより構成されている。なお、熱可塑性樹脂としては、例えば、エチレン−酢酸ビニル系、アクリル系樹脂、ウレタン系樹脂、ポリエステル系樹脂などがあり、エネルギー線硬化樹脂としては、例えば、アクリル系ＵＶ接着剤などがある。

ただし、レンズ１４−１が鋭角または鈍角の頂角をなす頭部を有している場合には、その頭部を反射偏光シート１５や接合層１８に食い込ませると、その食い込んだ部分には空気が触れなくなるので、その食い込んだ部分は輝度上昇に貢献しなくなり、むしろ光の拡散に貢献する場合もある。つまり、レンズ１４−１への入射光に対する光学的な特性が変化してしまう。そのため、レンズ１４−１への入射光に対する光学的な特性があまり変化しないことが好ましく、そのためには、頭部のうち反射偏光シート１５や接合層１８に食い込む部分の接合幅Ｐｗ（頭部の接合幅Ｐｗ）をレンズ１４−１のピッチＰの２０％以下とすることが好ましい。

なお、レンズ１４−１が配列方向に、双曲面状または非球面状の曲面を有しており、その曲面の稜線をなす部分が頭部となっている場合にも、その頭部の接合幅Ｐｗをレンズ１４−１のピッチＰの２０％以下とすることが好ましい。また、レンズ１４−１が底面１４Ａと平行な平坦面をなす頭部を有している場合には、その頭部を反射偏光シート１５や接合層１８に食い込ませると、その食い込んだ部分には空気が触れなくなるが、レンズ１４−１への入射光に対する光学的な特性はほとんど変化しない。従って、この場合には、上記したような制限はない。また、レンズシート１６と反射偏光シート１５とを接合する場合においても、これらの接合面は互いに平坦であるので、レンズ１６−１への入射光に対する光学的な特性はほとんど変化しない。従って、この場合にも、上記したような制限はない。

次に、上記した構成を有する表示装置１において画像表示をする際の基本動作について説明する。

まず、照明装置１０において、光源１１からの射出光を光源像分割シート１２で微小光束に分割し、分割により得られる光源像を拡散シート１３で拡散し、レンズシート１４で指向性を高めた後に、液晶パネル２へ射出する。

そして液晶パネル２０において、照明装置１０からの入射光を、透明電極２３と対向電極としての透明電極２７との間に画素ごとに印加された電圧の大きさに応じて透過させ、カラーフィルタ２８によって色分離して観察側に射出する。これにより、カラーの画像表示が行われる。

ところで、本実施の形態では、上記したように、レンズシート１４のレンズ１４−１のうち反射偏光シート１５側に突出している部分（例えば頭部１４Ｂや頭部１４Ｅ）が反射偏光シート１５に接合されているので、レンズシート１４の変形動作が反射偏光シート１５との一体化によって制限される。これにより、レンズシート１４を厚くしたり、硬い材料で構成しなくても、レンズシート１４にたわみが生じることをほとんどなくすることができる。さらに、レンズシート１６と反射偏光シート１５とを互いに接合した場合には、レンズシート１４はレンズシート１６によってさらに補強されるので、レンズシート１４を薄くした場合であっても、レンズシート１４にたわみが生じることをほとんどなくすることができる。

また、本実施の形態において、レンズシート１４のレンズ１４−１のうち反射偏光シート１５側に突出している部分（例えば頭部１４Ｂや頭部１４Ｅ）と反射偏光シート１５との接合幅Ｐｗをレンズ１４−１のピッチＰの２０％以下とした場合には、これらの接合による輝度の低下を最小限に抑えつつ、レンズシートにたわみが生じることをほとんどなくすることができる。さらに、レンズ１４−１の横幅を１１０μｍ以上５００μｍ以下とした場合には、これらの接合による輝度を低下させることなく、レンズシートにたわみが生じることをほとんどなくすることができる。

このように、本実施の形態では、レンズシート１４にたわみが生じることをほとんどなくすることができるので、レンズシート１４のたわみに起因して輝度むらが発生したり、液晶パネルを傷つけてしまう虞がない。また、レンズシート１４と反射偏光シート１５とを接合したり、さらに反射偏光シート１５とレンズシート１６とを接合することにより、部品点数を減らすことができるので、組み立てに要する工数を削減することができる。

また、本実施の形態では、レンズシート１４，１６を用いているので、照明装置１０から射出された光は、単にレンズシート１４だけを用いた場合と比べて、各レンズ１６−１の延在方向と直交する方向の視野角（水平視野角）と、各レンズ１６−１の延在方向の視野角（垂直視野角）とがほぼ等しいバランスの良い状態となっている。また、レンズシート１４に加えてレンズシート１６を用いているので、反射偏光シート１５で拡散された光のうち各レンズ１６−１の延在方向と直交する方向（例えば水平方向）の成分を液晶パネル２０と直交する方向に集光することができる。これにより、正面輝度を充分に高くすることができる。

［実施例］
以下に、上記実施の形態の表示装置１の実施例について説明する。

（第１の実験）

レンズシート１４をポリカーボネート樹脂の溶融押出成形により作製した。各レンズ１４−１のピッチＰが３０μｍ、５０μｍ、８５μｍ、１１０μｍ、１６０μｍ、２００μｍ、３３０μｍのものをそれぞれ用意し、レンズ１４−１の形状としては、直角二等辺三角柱状（プリズム状）のもの（実施例１−１〜１−７，２−１〜２−７、比較例１，２）と、延在方向と直交する方向に双曲面を有する板蒲鉾状のもの（実施例３−１〜３−７，４−１〜４−７、比較例３，４）とを上記した各ピッチごとに用意した。また、反射偏光シート１５として３Ｍ社製の反射性偏光子を用いた。この反射性偏光子には拡散機能はない。なお、本実験では、レンズシート１６を用いなかった。

ここで、上記した双曲面については、以下に示したように、５０μｍピッチのレンズ形状を基準としてレンズ設計を行った。以下の式において、Ｚはレンズ１４−１の厚さ方向に対応し、Ｘはレンズ１４−１の配列方向に対応する。
（１）ピッチＰが５０μｍのとき
Ｚ＝Ｘ２／（５＋√（２５＋Ｘ２））
（２）ピッチＰが３０μｍのとき
Ｚ＝０．６（Ｘ／０．６）２／（５＋√（２５＋（Ｘ／０．６）２））
（３）ピッチＰが８５μｍのとき
Ｚ＝１．７（Ｘ／１．７）２／（５＋√（２５＋（Ｘ／１．７）２））
（４）ピッチＰが１１０μｍのとき
Ｚ＝２．２（Ｘ／２．２）２／（５＋√（２５＋（Ｘ／２．２）２））
（５）ピッチＰが１６０μｍのとき
Ｚ＝３．２（Ｘ／３．２）２／（５＋√（２５＋（Ｘ／３．２）２））
（６）ピッチＰが２００μｍのとき
Ｚ＝４（Ｘ／４）２／（５＋√（２５＋（Ｘ／４）２））
（７）ピッチＰが３００μｍのとき
Ｚ＝６（Ｘ／６）２／（５＋√（２５＋（Ｘ／６）２））

また、本実施例１−１〜１−７，２−１〜２−７，３−１〜３−７，４−１〜４−７では、レンズ１４−１の頭部と反射偏光シート１５とを接合層１８を介して互いに接合し、その接合幅Ｐｗをそれぞれ１０μｍとした。そのため、実施例において、接合割合（Ｐｗ／Ｐ）がそれぞれ異なっており、最大で０．３３となっている。なお、接合層１８として、アクリル系の粘着剤を用いた。

一方、本比較例１〜３においては、レンズシート１４上に反射偏光シート１５を単に重ね合わせただけであり、レンズ１４−１の頭部と反射偏光シート１５とを互いに接合しなかった。なお、本比較例５においては、さらにレンズシート１４をなくして、反射偏光シート１５だけを設置した。

上記した各実施例および各比較例について、正面輝度を測定した。その結果を表１、表２および図１０に示した。なお、正面輝度の測定値は、５０μｍのピッチのレンズシート１４上に反射偏光シート１５を単に重ね合わせたとき（比較例１）の正面輝度測定値に対する相対値とした。

正面輝度の測定は、次のようにして行った。暗室にて、各実施例および各比較例に係る表示装置に白表示をビデオ入力し、２時間点灯した後、パネル表面より５００ｍｍはなれた場所に、コニカミノルタ製分光放射輝度計「ＣＳ−１０００」を設置して輝度を測定した。測定は３回行い、その平均値を測定値として採用した。

そして、パネル実装時の光学シートのたわみの評価は、次のようにして行った。暗室にて、各実施例および各比較例に係る表示装置に白表示をビデオ入力し、１時間点灯した後、パネル正面より約６０°斜めより観察した際の輝度むらの状態を目視にて判断し、シートのたわみとして評価した。なお、表１において、白丸はたわみが無かったことを示しており、白三角は僅かにたわみを確認することができたことを示しており、バツは明確なたわみを確認することができたことを示している。

表１および表２に示したように、レンズ１４−１の形状が同じでも、接合割合（Ｐｗ／Ｐ）が大きいサンプルはすべて、正面輝度が低下していることがわかった。これは、Ｐｗ／Ｐが大きくなるほどレンズ１４−１における光の集光機能が低下するからである。中でも、Ｐｗ／Ｐ＞０．２の実施例では、概して、輝度の低下率が大きく、特に、実施例１−１、２−１、３−１および４−１に関しては輝度の低下率が大きくなってしまい、レンズシート１４を設けたことによる効果がわずかとなってしまう。

これに対して、Ｐｗ／Ｐ≦０．２の実施例では、概して、輝度の低下率が小さく、特に、Ｐｗ／Ｐ＜０．２の場合には輝度の低下率が１０％以内であり、輝度の低下率を５％以内に抑えることができた。更に、ピッチＰを１１０μｍ以上とした場合には、比較例の場合と比較して、実施例１−４、２−４では３％の輝度低下に抑えることができた。なお、たわみの発生に関しては、本実施例では認められなかった。

以上のように、Ｐｗ／Ｐ≦０．２の条件において作製された本実施例に係る表示装置では、レンズシート１４と反射偏光シート１５とを互いに接合しない場合に生じるたわみの発生を防止できるとともに、正面輝度の低下を最小限に抑えることが可能となる。

（第２の実験）
拡散特性の異なる２つの反射偏光シート１５を用意し、これらの反射偏光シート１５と、所定の立体構造を有するレンズ１４−１が配列されたレンズシート１４とを組み合わせて表示装置を構成したときの正面輝度を測定するとともに、モアレの発生の有無を確認した。なお、レンズ１４−１の延在方向が画面水平方向に平行となるようにレンズシート１４を配置した。また、反射偏光シート１５の入射側に拡散性シートが設けられている。

表３には、用意した反射偏光シート１５の拡散特性、すなわち、前方散乱測定によるヘイズ値と、後方散乱測定によるヘイズ値と、光学特性として正面輝度値、たわみの有無を示した。

反射偏光シート１５のヘイズは、村上色彩技術研究所製のヘイズ・透過率計ＨＭ−１５０を用いて測定した。試験片を通過する透過光のうち、前方散乱（拡散面が入射側）、後方散乱（拡散面が出射側）によって入射光からそれた透過光の百分率を測定した。ヘイズの測定には、上記測定機におけるＪＩＳ−Ｋ−７１３６に準拠した測定モードを用いた。

これらの反射偏光シート１５の２種と、画素ピッチが３２０μｍの液晶パネルとを組み合わせて表示装置を構成した。各構成の表示装置における正面輝度測定値、実装たわみ発生の評価結果を表２に示した。

実施例５−１、５−２において、反射偏光シート１５の入射側に拡散性シートを設けたことによって、反射偏光子単体時の正面輝度（７８％）よりも、輝度の上昇効果が確認された。また、たわみの発生も無かった。

（第３の実験）
反射偏光シート１５の入射側に、双曲面を有する２００μｍピッチのレンズシート１４（実施例３−６）を接合し、反射偏光シート１５の射出側に、双曲面を有するレンズシート１６を入射側のレンズシート１４の延在方向と交差する方向に延在方向が向くように設置したときの、正面輝度を測定した。レンズシート１６のピッチＰとして、５０μｍ、１０μｍ、２００μｍのものをそれぞれ用意し、それぞれの結果を表４に示した。

表４に示したように、反射偏光シート１５の入射側だけでなく射出側にもレンズシートを設けることによって正面輝度を上昇させることができ、かつ実装時のたわみをなくすることができる。

以上、実施の形態およびその実施例を挙げて本発明を説明したが、本発明はこれらの実施の形態等に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。

例えば、上記実施の形態では、光源１１と拡散シート１３との間に光源像分割シート１２を設けていたが、この光源像分割シート１２をなくしてもよい。なお、光源像分割シート１２をなくした場合には、拡散シート１３が線光源あるいは点光源を面光源に変化する拡散板として機能することが好ましい。また、光源像分割シート１２をなくした場合には、光源像分割シート１２の機能をレンズシート１４に担わせることも可能である。

また、上記実施の形態では、反射偏光シート１５を挟み込むようにして、レンズシート１４，１６を設けていたが、レンズシート１４，１６の少なくとも一方を、拡散シート１９に代えてもよい。なお、図１１には、レンズシート１６に代えて拡散シート１９を設けた場合が例示されている。この拡散シート１９は、例えば、透明樹脂の内部に拡散材（フィラ）を分散して形成された拡散板、比較的薄手のフィルム状の透明樹脂上に拡散材を含む透明樹脂（バインダ）を塗布して形成された拡散フィルム、またはこれらを組み合わせたものであり、レンズシート１６と同様の拡散異方性を有していてもよいし、単に拡散等方性を有していてもよい。

また、上記実施の形態では、表示装置１の構成を具体的に挙げて説明したが、全ての層を備える必要はなく、また、他の層を備えていてもよい。例えば、レンズシート１４と液晶パネル２０との間に拡散シートを備えていてもよい。つまり、用途や目的に応じて種々選択が可能である。

また、上記実施の形態では、光源１１として線状光源１１Ａが用いられていたが、光源１１はこれに限られるものではなく、例えば、点状光源をマトリクス状に配置したものが用いられていてもよい。

また、本発明は、アクティブマトリクス駆動や、単純マトリクス駆動など、種々の駆動方式を適用することが可能である。

さらに、上記実施の形態等では、液晶の表示装置１の場合について説明したが、他の原理を利用した表示装置に対してももちろん適用可能である。

本発明の一実施の形態に係る表示装置の構成の一例を表す断面図である。 図１の光源像分割シートの構成の一例を表す断面図である。 図２の光源像分割シートの一変形例を示す断面図である。 図２の光源像分割シートの他の変形例を示す断面図である。 図２の光源像分割シートのその他の変形例を示す断面図である。 図３の光源像分割シートのその他の変形例を示す断面図である。 図１の光源側のレンズフィルムの構成の一例を表す断面図である。 図１の液晶パネル側のレンズフィルムの構成の一例を表す断面図である。 図１の光源側のレンズフィルムと反射偏光シートとの接合について説明するための断面図である。 図１の光源側のレンズフィルムのピッチと正面輝度との関係を説明するための関係図である。 図１の表示装置の構成の他の例を表す断面図である。

符号の説明

１…表示装置、１０…照明装置、１１…光源、１２…光源像分割シート、１２Ａ，１４Ａ…底面、１２Ｂ，１４Ｂ，１６Ｂ…頭部、１２Ｃ，１２Ｄ，１４Ｃ，１４Ｄ…傾斜面、１２−１，１４−１，１６−１…レンズ、１３，１９…拡散シート、１４，１６…レンズシート、１４Ｅ，１６Ｃ…平坦面、１５…反射偏光シート、１７…反射シート、１８…接合層、１９…拡散シート、２０…液晶パネル、２１，３０…偏光板、２２，２９…透明基板、２３，２７…透明電極、２４，２６…配向膜、２５…液晶層、２８…カラーフィルタ、Ｐ…ピッチ、Ｐｗ…接合幅、θ１，θ３…頂角、θ２，θ３…底角。

Claims (11)

1. 光射出面に延在する複数の第１立体構造を配列してなる第１レンズシートと、
   入射する光のうちｐ偏光成分およびｓ偏光成分のいずれか一方を透過して他方を反射する反射偏光シートと、
   接合層と
   を備え、
   前記第１立体構造の頭部が前記接合層を介して前記反射偏光シートに接合され、
   前記第１立体構造の配列方向の幅は、１１０μｍ以上３３０μｍ以下となっており、
   前記第１立体構造の配列方向の接合幅は、前記第１立体構造の配列方向の幅の２０％以下となっている
   光学シート。
2. 前記第１立体構造は、多角柱状の形状を有するか、または、配列方向に、双曲面状もしくは非球面状の曲面を有する
   請求項１に記載の光学シート。
3. 前記第１立体構造は、延在方向または配列方向に複数の凸部を有する
   請求項１に記載の光学シート。
4. 前記反射偏光シートは、隣接する膜同士の屈折率が互いに異なる多層膜を拡散膜で挟み込んだ積層構造となっている
   請求項１に記載の光学シート。
5. 前記拡散膜の前方散乱と後方散乱によるヘイズ値が異なる
   請求項１に記載の光学シート。
6. 前記拡散膜の前方散乱によるヘイズ値の方が後方散乱によるヘイズ値よりも大きい
   請求項５に記載の光学シート。
7. 一方の面に延在すると共に前記第１立体構造の延在方向と交差する方向に延在する複数の第２立体構造を配列してなる第２レンズシートを備え、
   前記第２レンズシートの他方の面が前記反射偏光シートのうち前記第１レンズシートとの接合面とは反対側の面に接合されている
   請求項１に記載の光学シート。
8. 前記第２立体構造は、配列方向に、双曲面状または非球面状の曲面を有する
   請求項７に記載の光学シート。
9. 前記第２立体構造の配列方向の幅は、５０μｍ以下である
   請求項７に記載の光学シート。
10. 前記第２立体構造の配列方向の幅は、前記第１立体構造の配列方向の幅よりも狭い
    請求項７に記載の光学シート。
11. 画像信号に基づいて駆動されるパネルと、
    前記パネルを照明するための光を発する光源と、
    前記パネルと光源との間に設けられた光学シートと
    を備え、
    前記光学シートは、光射出面に延在する複数の立体構造を配列してなるレンズシートと、入射する光のうちｐ偏光成分およびｓ偏光成分のいずれか一方を透過して他方を反射する反射偏光シートと、接合層とを備え、
    前記立体構造の頭部が前記接合層を介して前記反射偏光シートに接合され、
    前記第１立体構造の配列方向の幅は、１１０μｍ以上３３０μｍ以下となっており、
    前記第１立体構造の配列方向の接合幅は、前記第１立体構造の配列方向の幅の２０％以下となっている
    表示装置。

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