JP6078969B2 - 光拡散フィルム、偏光板、及び液晶表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、入射した光を拡散して透過することができる光拡散フィルム、該光拡散フィルムを用いた偏光板、及び液晶表示装置に関する。

液晶テレビ等の液晶表示装置には、液晶パネルと、該液晶パネルに対して背面側から照明する面光源装置と、が備えられている。液晶パネルのうちの液晶層には表示すべき映像の情報は含まれているが、液晶層自身が発光するものではないので、面光源装置からの光を透過させることにより観察者が視認可能な映像を提供することができる。
液晶層はその性質上、該液晶層の法線方向からの入射光（光源光）に対しては、透過光のコントラスト、及び効率（透過率）は優れている。しかしながら、当該法線方向に対して斜めからの入射光（光源光）については位相がずれ、偏光がずれるので、これを遮断する必要があり、その分、面光源装置からの光の利用効率が低下する。また、このような斜めからの入射光に対する位相のずれを補償するために位相差フィルムを配置することもある。

このような問題に対して、光の利用効率を向上させることや、位相差フィルムを不要とするため、面光源装置からの出射光を液晶パネルのパネル面法線方向にできるだけ收束（平行光束化）させるように、当該面光源装置の光学系について工夫がされている。これにより面光源装置からの光を効率よく利用することができ、位相差フィルムを必要としない形態も可能となる。

ところが、液晶パネルのパネル面法線方向に近づけられた光源光が液晶パネルを透過して観察者側に出射されると、液晶表示装置の正面では非常に明るい映像を観察することができるが、正面からはずれた角度で液晶表示装置を見ると暗くなり、いわゆる視野角が非常に狭くなってしまう。

そこで、液晶表示パネルの出光面側（画像観察者側）に、該液晶表示パネルを透過した映像情報を含む光の視野角を広げるために、光を拡散する部材が用いられる。特許文献１、特許文献２には、積層された２つの層間にホログラム形状を有する回折構造が形成され、これにより光を拡散する技術が開示されている。

特願２０１１−１３２０２４ 特願２０１１−１３２５６８

特許文献１、特許文献２に記載の発明によれば、回折現象により視野角を広げることが可能になる。しかしながらこのような技術を具備する回折構造体を具体的に表示装置等に適用するに際しては、他に不具合が発生することがあった。例えば、表示装置を非点灯とした状態で暗い画面を見たときに、その一部に虹状の色ムラ（以下、「外光起因の虹ムラ」と記載することがある。）や映像光が提供されているときに映像のコントラスト低下等を生じることがあった。

そこで本発明は、上記の問題に鑑み、液晶表示装置の液晶層よりも観察者側に配置されることにより、該液晶表示装置としての特性に適合した視野角拡大特性を発揮するとともに、外光起因の虹ムラや映像光のコントラスト低下を抑制することができる光拡散フィルムを提供することを課題とする。また、当該光拡散フィルムを用いた偏光板、及び液晶表示装置を提供する。

以下、本発明について説明する。なお、本発明の理解を容易にするために添付図面の参照符号を括弧書きにて付記するが、それにより本発明が図示の形態のみに限定されるものではない。

請求項１に記載の発明は、入射面の法線方向に略平行に入射した光を拡散して出射し、視野角を拡大する回折構造（１１ａ）を有する回折構造体（１１）と、回折構造により光が拡散する側に配置され、表面反射を抑制する光反射抑制層（１３）と、を備え、回折構造体は、該回折構造体の出光面が鉛直に立てられた姿勢で、出光面に対する正面、水平面内方向、及び垂直面内方向にのみ輝度分布を生じる回折構造を有する、光拡散フィルム（１０）である。

ここで、「略平行」とは、回折構造体の入光面の法線方向に対して半値角度が０°〜１５°の範囲内の光を意味する。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の光拡散フィルム（１０）において、光反射抑制層（１３）がモスアイ構造を具備している。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の光拡散フィルム（１０）において、回折構造（１１ａ）が計算機ホログラムである。

請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか一項に記載の光拡散フィルム（１０）において、回折構造体（１１）には、回折構造（１１ａ）により光が拡散する側に、透光性を有する透光層（１２）が直接積層され、回折構造体の回折構造を構成する部位と透光層とは屈折率差を有する。

請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の光拡散フィルム（１０）において、回折構造（１１ａ）を有する部位の屈折率が、透光層（１２）の屈折率より高い。

請求項６に記載の発明は、請求項１〜５のいずれか一項に記載の光拡散フィルム（１０）と、該光拡散フィルムに積層されたＰＶＡ層（１０３）と、を有する偏光板（１０２）である。

請求項７に記載の発明は、略平行な光を生成する面光源装置（１１０）と、該面光源装置の観察者側に配置される液晶パネル（１０１）と、を有し、液晶パネルは、液晶層（１０６）と、該液晶層の面光源装置側に配置される下偏光板（１０５）と、液晶層の観察者側に配置される上偏光板（１０２）と、を備え、上偏光板は請求項６に記載の偏光板である、液晶表示装置（１００）である。

請求項８に記載の発明は、請求項７に記載の液晶表示装置（１００）において、上偏光板（１０２）は、液晶層（１０６）側にＰＶＡ層（１０３）、該ＰＶＡ層の観察者側に光拡散フィルム（１０）の順である。

本発明によれば、視野角拡大特性を発揮できるとともに、外光に起因する虹ムラの発生及び映像のコントラスト低下を抑制することができる。

第一実施形態を説明する図で、光拡散フィルム１０の構成を模式的に示す断面図である。 第一の例における回折構造の光拡散特性を説明する図である。 第一の例における回折構造の光拡散特性を説明する他の図である。 第二の例における回折構造の光拡散特性を説明する図である。 第二の例における他の回折構造の光拡散特性を説明する図である。 第三の例における回折構造の光拡散特性を説明する図である。 第四の例における回折構造の光拡散特性を説明する図である。 計算機ホログラムの形状を得るための流れを説明する図である。 光拡散フィルム１０を用いた液晶表示装置１００を説明する斜視図である。 面光源装置の一断面（図９のＸ−Ｘに沿った断面）を示す分解図である。 面光源装置の他の断面（図９のＸＩ−ＸＩに沿った断面）を示す分解図である。 図１１の一部を拡大した図である。 図１０の一部を拡大した図である。 外光の光路例を説明する図である。

本発明の上記した作用及び利得は、次に説明する発明を実施するための形態から明らかにされる。以下、本発明を図面に示す実施形態に基づき説明する。ただし、本発明はこれら実施形態に限定されるものではない。

図１は１つの実施形態を説明する図で、光拡散フィルム１０の構成を模式的に示す断面図である。光拡散フィルム１０は、回折構造体１１、透光層１２、及び光反射抑制層１３と、を備えている。

回折構造体１１は、その一方の面に凹凸による回折構造１１ａが形成されている。この回折構造１１ａは、入射した光を回折現象を利用して拡散させ、透過させる機能を有する構造とされている。本実施形態の回折構造１１ａはいわゆるレリーフ型ホログラムである。このように、本実施形態では回折構造体１１が具備する回折構造１１ａをレリーフ型ホログラムとした。しかしながら本発明はこれに限定されることなく、回折を利用して光を拡散させる機能を発揮することができれば他の回折構造を有する回折構造体としてもよい。他の回折構造としては、回折格子（グレーティング）、フレネルレンズ等の回折光学素子（ＤＯＥ等）、体積型ホログラム、及び、任意のパターンが連続的に配置され、回折現象を発現する構造等を挙げることができる。

回折構造体１１は、透光性を有する基材層の一方の面上にレリーフ型ホログラム形状１１ａ（回折構造１１ａ）を有する層が積層されて形成されている。基材層となる材料は、透明性、及び平滑性が高いものが好ましく、例えばポリエチレンテレフタレートフィルム、ポリエチレンフィルム、ポリプロピレンフィルム、ポリ塩化ビニルフィルム、アクリルフィルム、トリアセチルセルロースフィルム、セルロースアセテートブチレートフィルム等を挙げることができる。基材層の厚さは１μｍ〜１ｍｍが好ましく、より好ましくは１０μｍ〜１００μｍである。
また、回折構造１１ａを有する層は、生産性の観点から、硬化前にホログラム形状とし、何らかの手段でこれを硬化させることで形状を固定できる材料であることが好ましい。例えば、ポリエステル（メタ）アクリレート、ウレタン（メタ）アクリレート、エポキシ（メタ）アクリレート、ポリエーテル（メタ）アクリレート、ポリオール（メタ）アクリレート、メラミン（メタ）アクリレート、トリアジン（メタ）アクリレート等の（メタ）アクリレート系化合物、不飽和ポリエステル系化合物、メラミン系化合物、エポキシ系化合物等からなるラジカル重合性プレポリマー、１，６−ヘキサンジオールジ（メタ）アクリレート、トリメチロールプロパントリ（メタ）アクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサ（メタ）アクリレート等のラジカル重合性不飽和単量体等の中から選択した１種又は２種以上からなる組成物からなる電離放射線硬化性樹脂を挙げることができる。ここで「（メタ）アクリレート」とは、アクリレート又メタクリレートを意味する。
硬化に用いる電離放射線としては、紫外線、Ｘ線、可視光線等の電磁波、又はは電子線、イオン線等の荷電粒子線が用いられる。特に、電離放射線として紫外線を採用する場合、該電離放射線硬化性樹脂は紫外線硬化性樹脂と呼ばれる。
その他、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、スチレン樹脂等の熱可塑性樹脂、エポキシ樹脂、熱硬化性ウレタン樹脂、熱硬化性ポリエステル樹脂等の熱可塑性樹脂を用いることもできる。
また本実施形態では回折構造１１ａを有する層は透光層１２より高い屈折率の材料で構成されている。

透光層１２は、回折構造体１１のうち、回折構造１１ａを有する側の面に積層される光透過性を有する層である。その結果、透光層１２は、回折構造１１ａの凹凸形状に追随して回折構造１１ａとの界面を形成する。

透光層１２は、回折構造体１１のうち回折構造１１ａを有する層の屈折率より低い屈折率を有する粘着剤で構成できる。粘着剤としてはアクリル樹脂系、シリコン樹脂系のものが適用可能である。該粘着剤の屈折率を低くするために該粘着剤中に弗素系樹脂、弗化マグネシウム微粒子等の低屈折率材料を添加しても良い。回折構造１１ａを有する層と透光層１２との屈折率差を実現するための手段としては、回折構造１１ａを有する層の材料中に、酸化ジルコニウム、酸化亜鉛、酸化タングステン等の高屈折率材料からなる微粒子を添加することもできる。これら、低屈折率材料及び高屈折率材料の微粒子の平均粒子径は、可視光線波長域に於ける十分な透明性を確保する為に、可視光線の最短波長（３８０ｎｍ）以下、好ましくは、１０ｎｍ〜２００ｎｍの範囲とする。回折構造１１ａを有する層と透光層１２との屈折率差を十分大きくする場合は、両層の一方に高屈折率材料を添加し、かつ他方に低屈折率材料を添加することが好ましい。
ここで、回折構造１１ａを有する層と、透光層１２との屈折率差は特に限定されることはないが、０．１以上であることが好ましい。

ここで、透光層１２を構成する材料は接着剤の他、透光性を有する他の材料で構成することもできる。他の材料としては、透明性が高く、回折構造１１ａの凹凸形状に追随させるため、硬化前に回折構造体１１に塗布する等して積層してから硬化させることができるものが好ましい。例えば、ポリエステル（メタ）アクリレート、ウレタン（メタ）アクリレート、エポキシ（メタ）アクリレート、ポリエーテル（メタ）アクリレート、ポリオール（メタ）アクリレート、メラミン（メタ）アクリレート、トリアジン（メタ）アクリレート等の（メタ）アクリレート系化合物、不飽和ポリエステル系化合物、メラミン系化合物、エポキシ系化合物等からなるラジカル重合性プレポリマー、１，６−ヘキサンジオールジ（メタ）アクリレート、トリメチロールプロパントリ（メタ）アクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサ（メタ）アクリレート等のラジカル重合性不飽和単量体等の中から選択した１種又は２種以上の組成物からなる電離放射線硬化性樹脂を挙げることができる。
硬化に用いる電離放射線としては、紫外線、Ｘ線、可視光線等の電磁波、又は電子線、イオン線等の荷電粒子線が用いられる。特に、電離放射線として紫外線を採用する場合、該電離放射線硬化性樹脂は紫外線硬化性樹脂と呼ばれる。
その他、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、スチレン樹脂等の熱可塑性樹脂、エポキシ樹脂、熱硬化性ウレタン樹脂、熱硬化性ポリエステル樹脂等の熱可塑性樹脂を用いることもできる。

光反射抑制層１３は、透光層１２の面のうち回折構造体１１とは反対側の面に積層される層であり、光の反射を抑制する機能を有する。光反射抑制層１３が光の反射を抑制する手段は限定されることはないが、本実施形態ではいわゆるモスアイ構造を具備する。すなわち、光反射抑制層１３は透光性を有する基材層の一方の面上に、多数の微小突起を具備してモスアイ構造を形成する微小突起層が積層されて形成されている。

光反射抑制層１３の基材層は上記した回折構造体１１の基材層と同様の材料により構成することができる。この中でも透過率がよく、リタレーションの特性に優れることからトリアセチルセルロース（ＴＡＣ）を用いることが好ましい。
また、光反射抑制層１３の基材層の厚さは、光透過性を高く維持するために可能な限り薄くすることが好ましく、一方で微小突起層を支持する観点からはある程度の厚さが必要となる。かかる観点から、光反射抑制層１３の基材層の厚さは例えば２０μｍ〜２００μｍである。

微小突起層は、硬化した樹脂による層として形成され、この表面に、多数の微小突起から構成された、いわゆるモスアイ構造による光反射抑制構造を有する。
モスアイ構造を構成する各微小突起は、光に対する反射抑制構造を発揮し得る大きさ及び配置となっている。
微小突起は、隣接する微小突起の頂上部同士の間隔をＰとして、この間隔Ｐについての平均値Ｐ_ａｖｅと標準偏差σに対して、
最大間隔Ｐ_ｍａｘを、Ｐ_ｍａｘ＝Ｐ_ａｖｅ＋３σとし、
可視光波長帯域の最大波長７８０ｎｍをλ_ｍａｘとしたときに、Ｐ_ｍａｘ≦λ_ｍａｘ
とすることで、光反射抑制構造を構成する。

光反射抑制効果が必要とされる可視光として、可視光波長帯域の最大波長７８０ｎｍを含まないこともあり得る。ただし、いかなる波長の可視光に対しても光反射抑制効果を得るには、可視光波長帯域で最も波長が小さい最小波長３８０ｎｍ（これを「λ_ｍｉｎ」と記載する。）に対して、反射抑制効果を発揮し得る構造としておけば、λ_ｍｉｎよりも大きい波長の光に対しても、光反射抑制効果を発揮し得る。かかる観点から、より好ましくは、最大間隔Ｐ_ｍａｘは、Ｐ_ｍａｘ≦λ_ｍｉｎである。以上のような観点などを考慮して、Ｐ_ｍａｘは設定される。ここで、Ｐ_ｍａｘの具体例を示せば、５０ｎｍ〜３００ｎｍである。

微小突起の高さは、１５０ｎｍ〜４５０ｎｍ程度である。微小突起の高さとは、微小突起の頂上部と、隣接する微小突起間の谷底部と、の高低差、言い換えると、微小突起層表面の包絡面に対する垂直方向における、微小突起の頂上部と隣接する微小突起間の谷底部との距離である。複数の微小突起の高さは、揃っていても、不揃いでも、いずれでも良い。微小突起の高さは、微小突起層表面の包絡面に対する垂直方向において、屈折率の変化をより滑らかにすることができる観点から、大きい方が好ましい。
屈折率の変化を滑らかにする点で、微小突起はその頂上部から隣り合う微小突起との谷底部に行くにつれて、微小突起層表面の包絡面に平行な面内での断面積が、漸増する形状が好ましい。また、頂上部は断面積がゼロ又はゼロに近いことがより好ましい。

微小突起の水平面内における配置は、規則的でも不規則的（ランダム）でも、いずれでもよい。ここで水平面とは、微小突起層の表面の包絡面に平行な面である。

微小突起層を構成する硬化性の樹脂としては、ウレタン系、エポキシ系などの熱硬化性樹脂、アクリル系、エポキシ系などの電離放射線硬化性樹脂などを用いることができる。その中でも典型的には、例えば、紫外線や電子線で硬化可能な電離放射線硬化性樹脂が用いられる。電離放射線硬化性樹脂としては、代表的にはアクリル系樹脂の１つの態様であるアクリレート系樹脂を用いることができる。アクリレート系樹脂としては、プレポリマー（乃至はオリゴマー）、モノマーの１種以上を含む樹脂組成物を用いることができる。

プレポリマー（又はオリゴマー）としては、ポリエステル（メタ）アクリレート系、ウレタン（メタ）アクリレート系、エポキシ（メタ）アクリレート系、トリアジン（メタ）アクリレート系、シリコーン（メタ）アクリレート系、アクリル（メタ）アクリレート系などを用いることができる。
モノマーとしては、トリメチロールプロパントリ（メタ）アクリレート、ペンタエリスリトールテトラ（メタ）アクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサ（メタ）アクリレート、エチレンオキサイド変性ジペンタエリスリトールヘキサ（メタ）アクリレート等の多官能モノマー、（メタ）アクリル酸エチル、（メタ）アクリル酸−２−エチルヘキシル、（メタ）アクリル酸メトキシエチル、（メタ）アクリル酸ブトキシエチル等の単官能モノマーを用いることができる。
なお、本明細書では（メタ）アクリレートとは、アクリレート又はメタクリレートを意味する。

このような電離放射線硬化性樹脂は、必要に応じてその他添加剤を含んでもよい。このような添加剤とてしは、公知の各種添加剤を含むことができる。例えば、前記樹脂組成物を紫外線照射で硬化させる場合は、アセトフェノン系、ベンゾフェノン系などの光重合開始剤を添加する。また、シリコーン系、フッ素系などの離型剤やレベリング剤、アクリル系、ポリエステル系などの各種熱可塑性樹脂、希釈溶剤、可塑剤、安定剤、紫外線吸収剤、帯電防止剤、などを添加することができる。

以上説明した光反射抑制層１３は、基材層上に微小突起層を形成することにより作製されるがその方法は特に限定されない。例えば、熱プレス法、射出成形法、溶融押出法などがある。その中でも、とりわけ、電離放射線硬化性樹脂の樹脂液を成形型に接触させて賦形する２Ｐ法による方法が、光反射抑制構造のようなサブミクロンオーダーの微細な表面凹凸を精密に形成できる上、生産性にも優れており、微小突起層の好ましい形成法である。

２Ｐ法において、未硬化の樹脂組成物からなる樹脂液を成形型の型面に接触させる方法としては、（ａ）成形型の型面に直接に樹脂液を塗布する方法、（ｂ）基材層となる基材の面上に樹脂液を塗布して、基材層上に形成された樹脂液層としてから、この樹脂液層を成形型の型面に接触させる方法、及び（ｃ）成形型の型面に接触しようとする基材層に対して、この基材層と成形型の型面との間に樹脂液を落しこんで供給する方法がある。

以上のような構成を備える光拡散フィルム１０により、該光拡散フィルム１０を表示装置に配置した場合には、回折構造体１１の作用により光源からの光を拡散して透過することで、視野角を広げることができる。また、外光に対しては光反射抑制層１３により外光の反射が抑制されているので、いわゆる画面内への映り込みがなく映像光のコントラストを向上させることができる。
一方、表示装置の光源を非点灯とし暗い画面にした際には外光起因の虹ムラを抑制することが可能である。
このような効果については後で詳しく説明する。

また、透光層１２を設けることにより、回折構造１１ａが透光層１２に覆われるので光拡散フィルム１０の表面に表れない。これにより、光反射抑制層１３を積層させる際にも回折構造１１ａが存在することに配慮する必要がない。さらに、回折構造１１ａの一方と他方は必ず回折構造体１１及び透光層１２であり、光拡散フィルム１０をどのような層に積層させたとしても回折構造１１ａを挟む一方と他方の材料が変化することがない。従って、光拡散フィルム１０がどのような層に積層されたかによらず同様の回折を得ることが可能である。

次に本実施形態に具備される回折構造１１ａの好ましい例について説明する。回折構造１１ａは、回折構造体１１側からの入射光を透光層１２側に所定の範囲に拡散させるように透過可能な形状とされている。具体的には、回折構造体１１を液晶表示装置１００（図９参照）に配置し、矩形である光拡散フィルム体１０の４つの辺のうち２つの辺を水平に、他の２つの辺を鉛直である姿勢（鉛直の姿勢）としたとき、すなわち、回折構造体１１の出光面を鉛直である方向に立てるように配置したときに、光拡散フィルム１０は、回折構造体１１の正面、水平面内となる方向及び垂直面内となる方向の視野角にのみ輝度分布が生じるように光を拡散させる。
従って液晶表示装置１００では、観察者が画面を見る際には正面、水平面内、垂直面内の視野角で映像や画像を観察することができればよく、観察者にとって重要でない斜め方向面内の視野角に対して映像光の透過を抑制することができる。従って、不要な光の透過を抑制することができるので、光源からの光の利用効率を向上させることができる。また、回折を利用することにより光を拡散させるので、光散乱粒子等の屈折を利用する視野角拡大部材の場合に問題となっていた外光の後方散乱に起因するコントラスト低下、及び像の鮮明度が低下するいわゆる像ボケを防止することができる。

ここで、光拡散フィルム１０への入射光は、該光拡散フィルム１０の入光面法線に対して略平行であることを想定できる。具体的には、後述する液晶表示装置１００のように、面光源装置１１０において光の方向が該法線方向に強く偏向されると共に、収束、平行化されて、光拡散フィルム１０の当該法線方向に略平行である光が光拡散フィルム１０に入射するような場合である。このときの「略平行」とは、光拡散フィルム１０の入光面の法線方向に対して、半値角度が０°〜１５°の範囲内の光を意味する。従って、光拡散フィルム１０への入射光が、半値角度で±１°〜±１５°の広がりを有するものであっても上記した所望の光の拡散ができることが好ましい。

このような回折構造１１ａは、上記のような機能を発揮するものであれば特に限定されることはないが、その中でも計算機ホログラムであることが好ましい。計算機ホログラムによれば透過光の拡散範囲や拡散の態様を任意に設定することができ、所望の光拡散特性を得ることができる。以下、回折構造１１ａについて、計算機ホログラムによるものを複数の例を挙げて説明する。

初めに第一の例にかかる回折構造１１ａによる光拡散特性を説明する。図２は当該第一の例にかかる回折構造１１ａによる光拡散特性を説明する図である。図２（ａ）〜図２（ｃ）は、光拡散フィルム１０の視野角と輝度との関係を示す図である。より詳しくは、光拡散フィルム１０を液晶表示装置１００（図９参照）に配置し、矩形である光拡散フィルム１０の４つの辺のうち２つの辺を水平に、他の２つの辺を鉛直である姿勢（出光面が鉛直に立てられた姿勢）として立てたときにおける視野角と輝度との関係を示した図である。図２（ａ）は水平面内における視野角と輝度との関係、図２（ｂ）は垂直面内における視野角と輝度との関係、及び図２（ｃ）は斜め４５°の面内における視野角と輝度との関係である。当該第一の例の回折構造１１ａによれば、回折構造体１１側から入射した光を回折して拡散するに際して、視野角０°付近（すなわち出光面に対する正面方向）において、高い輝度を有して光を透過することがわかる。それに加えて、水平方向面内及び垂直方向面内では視野角±３０°〜±４０°において輝度を有している。一方、斜め４５°の面内では、視野角０°付近以外ではこのような輝度を有していない。従って、第一の例によれば、出光面に対する正面方向、水平面内の±３０°〜±４０°、及び垂直面内の±３０°〜±４０°において明るい映像光を観察することができる。

このような光拡散特性を得るためには、視野角０°付近の輝度は回折の０次光を利用し、水平面内の±３０°〜±４０°、及び垂直面内の±３０°〜±４０°の輝度は回折の１次光を利用することができる。従って計算機ホログラムの形状を得るに際しては１次光が所望の角度に回折するように構成すればよい。図３に説明のための図を示した。図３は、上記した光拡散特性のうち、１次光に関するものを表したグラフである。横軸が水平面内視野角、縦軸が垂直面内視野角である。図３に斜線で示した部分が１次光により輝度が得られるべき角度範囲である。従って、上記説明した光拡散特性は図３のように表すこともできる。そして図３に表した図に基づいてフーリエ変換により最終的にホログラム形状を得るための元となる図を得て、これに対してフーリエ変換等を施すことにより、最終的に上記した光拡散特性を具備する計算機ホログラムのホログラム形状を得ることができる。図３を用いてどのように具体的な回折構造１１ａを得るかについては後で説明する。

ここで、０次光の輝度の大きさ（視野角０°における輝度）に対する１次光の輝度の大きさ（視野角±３０°〜４０°における輝度）の割合は特に限定されることはないが、１次光の輝度の大きさは０次光の輝度の大きさに対して０．１倍以上であることが好ましい。

また、第一の例では、水平面内視野角±３０°〜±４０°における輝度と、垂直面内視野角±３０°〜±４０°における輝度と、は同じとなるように構成されているが（図２（ａ）、図２（ｂ）参照）、垂直面内視野角±３０°〜±４０°の輝度よりも水平面内視野角±３０°〜±４０°の輝度を大きくしてもよい。これによれば光拡散フィルム１０を例えば据え置き型の液晶表示装置に配置した場合には、水平面内輝度分布が特に重要であることから、これに見合った光拡散特性とすることが可能である。

次に、第二の例にかかる回折構造１１ａによる光拡散特性を説明する。図４、図５には当該第二の例にかかる回折構造１１ａを説明する図のうち、図３に相当する図を示した。図４、図５のうち、図４に示した例は、水平面内視野角及び垂直面内視野角において複数の角度範囲で輝度が高くなる例である。より具体的には、０次光により正面で輝度が高いことに加え、１次光により水平面内及び垂直面内の±３０°〜±４０°、±６０°〜±７０°の範囲で輝度が高くなる。
一方、図５に示した例では、水平面内視野角及び垂直面内視野角において上記第一の例よりも広い角度範囲で輝度が高くなる例である。より具体的には、０次光により正面で輝度が高いことに加え、１次光により水平面内及び垂直面内の±３０°〜±７０°の範囲で輝度が高くなる。
このように第二の例では、水平面内及び垂直面内においてより広い範囲で光を拡散するホログラム形状が形成され、液晶表示装置に適用した場合にはこれに応じた広い視野角を得ることが可能となる。

次に第三の例にかかる回折構造１１ａによる光拡散特性を説明する。図６には当該第三の例にかかる回折構造１１ａを説明する図のうち、図３に相当する図を示した。図６に示した例では、第一の例で説明した視野角に加え、−１０°〜＋１０°の範囲も輝度が高くなる。すなわち正面から水平面内±４５°、及び正面から垂直面内の±４５°まで連続的に光を拡散するように回折構造１１ａが形成されている。従って液晶表示装置に適用した場合には、これに応じて正面から水平面内±４５°及び正面から垂直面内±４５°の範囲で連続的に映像を観察可能となる。

次に第四の例にかかる回折構造１１ａによる光拡散特性を説明する。図７に説明のための図を示した。図７の上段は、本例における水平面内輝度分布を示したものである。ここで、視野角０°に最大輝度を有する輝度分布が０次光によるもの、視野角０°でない角度に最大輝度を有する輝度分布は１次光によるものである。図７の下段は、このような輝度分布を実現するための回折構造１１ａを得るための図で、図３に相当する図である。図７からわかるように、本例では、１次光の最大輝度となる視野角が、０次光の半値角（最大輝度に対して輝度が半分になる視野角の位置）よりも外側の視野角となるように構成されている。
このような光拡散特性を有するホログラム形状（回折構造）によれば、０次光と１次光との連続性を向上させることができる。従って液晶表示装置にこれを適用する場合には、正面から水平面内、及び正面から垂直面内に向けて連続的に映像を観察可能となる。
図７及び上記説明では水平面内視野角についてのみ説明したが、垂直面内視野角についても同様である。

以上説明した各例では、光拡散フィルム１０に入射する光が水平面内方向と垂直面内方向とで同様の広がりを有しているものとして説明した。しかしながら、光拡散フィルム１０を液晶表示装置に用いた場合においては、光拡散フィルム１０に入射する光が必ずしも水平面内方向と垂直面内方向とで同様の広がりを有しているとは限らない。このように入射光が方向によって異なる広がりを有している場合（例えば楕円状）には、このまま上記した光拡散フィルム１０を適用すると、水平面内と垂直面内とで、光を拡散する範囲が異なってしまう場合もある。これに対しては、予め当該入射光の特性を考慮して、水平面内と垂直面内とで同様の光拡散範囲を可能とするように回折構造１１ａを補正しておくこともできる。また、このような水平面内と垂直面内とで光を拡散する範囲が異なることを利用し、所望の光拡散特性を得ることができるようにホログラム形状を形成しておくこともできる。

また、以上説明した各例は例示であり、上記の他にも所望の光拡散特性を得るためのホログラム形状を形成することが可能である。本実施形態では回折における０次光と１次光のみを考慮したが、２次光以上の高次光が考慮されてもよい。

以上説明した計算機ホログラムは、上記した各光学的機能を有する複数の微小な単位計算機ホログラムが並べられて複合化されたもの、又は単位計算機ホログラムが複眼状に配列されたものである。例えば、単位計算機ホログラムを正方形で形成して、複数の該正方形の単位計算機ホログラムを縦横格子状に密に配列したものや、縦又は横を一列置きに半ピッチずらせていわゆる千鳥状に配列したものを挙げることができる。また、単位計算機ホログラムを隙間なく密に配置するのではなく、所定の間隙を有してまばらに配置したり、所定のパターンに基づいて配置する態様も考えられる。もちろん単位計算機ホログラムの形状は正方形に限られることもなく、長方形やその他の多角形を含めて任意の形状で形成してもよい。さらに、１つの計算機ホログラムに含まれる単位計算機ホログラムの形状や配列形態は必ずしも一定である必要はなく、場所により変えられてもよい。

本実施形態では光反射抑制層１３にモスアイ構造を具備することにより光反射抑制機能が発揮される例を示したが、本発明では必ずしもこれに限定されることなく他の手段（いわゆる「ＡＲ」）により光反射抑制が行われてもよい。これには例えば屈折率の異なる層を多数積層することにより形成される光反射抑制層を挙げることができる。

次に、光拡散フィルム１０の製造方法について一例を説明する。光拡散フィルム１０は、回折構造の具体的形状を得る工程、得られた回折構造に基づいて型を作製する工程、当該型を用いて回折構造を回折構造体に形成する工程、透光層を形成する工程、及び光反射抑制層を積層する工程を含んで製造される。以下各工程について説明する。

回折構造の具体的形状を得る工程は、上記した光学的機能を有する形状を得ることができれば公知の方法を用いることができる。ここでは、光拡散フィルム１０の好ましい態様として説明した回折構造としての計算機ホログラムのホログラム形状を得る方法について説明する。計算機ホログラム自体は公知であるので、当該計算機ホログラム形状を得るための方法についても公知の方法（例えば特許第４６２０２２０号）を適用することが可能である。ここではそのうちの一例を説明する。

一般に計算機ホログラムを求めるには次のようにする。すなわち、あるホログラムを想定し、それからの再生距離がホログラムの大きさにくらべて十分大きく、ホログラム面の法線に平行な光を照明した場合、再生像面で得られる回折光は、ホログラム面での振幅分布、及び位相分布のフーリエ変換で表される（フラウンホーファー回折）。そこで、再生像面に所定の回折光を与えるために、ホログラム面と再生像面との間で束縛条件を加えながら、フーリエ変換と逆フーリエ変換を交互に繰り返し、ホログラム面に配置する計算機ホログラムを求める方法が知られている（Ｇｅｒｃｈｂｅｒｇ−Ｓａｘｔｏｎ反復計算法）。

そこで、Ｇｅｒｃｈｂｅｒｇ−Ｓａｘｔｏｎ反復計算法を利用して、背後からホログラム面の法線に平行な光を照明した場合に所定の観察域へのみ光を回折する計算機ホログラムを得ることを考える。ここではわかりやすさのため、ホログラム面での振幅分布をＡ_ＨＯＬＯ、ホログラム面での位相分布をφ_ＨＯＬＯ 、再生像面での振幅分布をＡ_ＩＭＧ 、再生像面での位相分布をφ_ＩＭＧで表現する。図８に流れを示した。
ここで、計算機ホログラムの具体的形状を得るに際しては、上記説明した図３、図４、図５、図６等のような角度分布をもとに振幅分布を作成して計算することにより算出することができる。

過程Ｓ１で計算機ホログラムが形成される面領域（ｘ０≦ｘ≦ｘ１、ｙ０≦ｙ≦ｙ１）において、初期値としてＡ_ＨＯＬＤに１を、φ_ＨＯＬＤにランダムな値を与える。
過程Ｓ２で、その初期化した値に所定のフーリエ変換を施し、Ａ_ＩＭＧ、φ_ＩＭＧを得る。
過程Ｓ３で、Ａ_ＩＭＧが所定の領域内でほぼ一定値になり、その所定領域外でほぼ０になったと判断された場合は、過程Ｓ１で初期化したＡ_ＨＯＬＤとφ_ＨＯＬＤが所望の計算機ホログラムとなる。

一方、過程Ｓ３でこのような条件が満足されないと判断された場合は、過程Ｓ４で束縛条件が付与される。具体的には、上記の所定領域内ではＡ_ＩＭＧが例えば１にされ、その他では０にされ、φ_ＩＭＧはそのままに維持される。
次に過程Ｓ５で束縛条件が付与された後の条件で所定の逆フーリエ変換が施される。
逆フーリエ変換で得られたホログラム面での値は、過程Ｓ６で束縛条件が付与され、Ａ_ＨＯＬＤは１に、φ_ＨＯＬＤは多値化（元の関数をデジタルな階段状の関数に近似（量子化））される。ただし、φ_ＨＯＬＤが連続的な値を持ってもよい場合は、この多値化は必ずしも必要ない。

そして、過程Ｓ２にもどり、その値にフーリエ変換が施される。以降は上記と同様の処理がおこなわれ、過程Ｓ３の条件が満足されるまで（収束するまで）繰り返されて最終的な所望の計算機ホログラムを得ることができる。

次に、得られた回折構造に基づいて型を作製する工程について説明する。ホログラム形状１１ａ（回折構造１１ａ）を回折構造体１１に形成させるためには、得られた計算機ホログラム形状を回折構造体１１となるべき材料に転写可能な凹凸形状を有する型が必要である。ここではその型を作製する工程について説明する。このような型の作製も公知の方法を用いることができるが、以下に一例を説明する。

まず、合成石英等の基板上に表面低反射クロム薄膜を積層したフォトマスクブランク板のクロム薄膜上に、ドライエッチング耐性のあるレジスト層を薄膜状に形成する。ドライエッチング用レジストとしては、一例として、日本ゼオン株式会社製のＺＥＰ７０００等を使用することができ、レジストの積層は、スピンナー等を用いた回転塗付によって行なう。
このレジスト層に対し、パターン露光を行なうが、パターン露光は、板状のパターン、レーザー描画装置によるレーザービームの走査、又は電子線描画装置による電子線の走査によりおこなうことができる。
この露光によりレジスト樹脂が硬化した易溶化部分と、未露光部分と、が形成されるので、現像液を噴霧して行なうスプレー現像等によって、溶剤現像して易溶化部分を除去し、レジストパターンを形成する。

形成されたレジストパターンを利用して、ドライエッチングにより、レジストで被覆されていない部分のクロム薄膜を除去し、除去した部分において、下層の石英基板を露出させる。次いで、露出した石英基板に対して、同様にドライエッチングを施して、石英基板をエッチングし、エッチングの進行により生じた凹部と、クロム薄膜およびレジスト薄膜とが下から順に被覆している石英基板の元の部分からなる凸部とを形成する。この後、レジスト薄膜を溶解等により除去し、石英基板がエッチングされて生じた凹部と、頂部にクロム薄膜が積層した部分からなる凸部とを有する石英基板を得る。

以上の方法のみでは、凸部と凹部の、２値的（高低の２段、深さとしては、元の石英基板の表面に加えて、もうひとつのレベルの面が生じる。）のものしか得られないが、上記で得られたものに対し、さらにレジストの形成→パターン露光→レジストの現像→クロム薄膜のドライエッチング→石英基板のドライエッチング→レジスト除去からなる、フォトエッチングの工程を繰り返すことにより、１回目のフォトエッチングにより生じた凹部、および凸部に対してさらにフォトエッチングを施すことができる。これを複数回繰り返すことにより、複数の高低差を有する凹凸を精度よく得ることが可能である。このようにして、所定の段数を得た後、クロム薄膜をウェットエッチングにより除去し、石英基板表面に所定の段数の深さの凹凸が形成された計算機ホログラムの型を得ることができる。

次に、作製した計算機ホログラムの型を用いて回折構造体に形成する工程について説明する。当該型を使用して計算機ホログラムを複製する方法としては、例えば当該型を、加熱により軟化する樹脂層に押し付ける方法、インジェクション法、又はキャスティング法等を利用することできる。これら方法に使用する樹脂としては、熱可塑性、熱硬化性のいずれも使用できる。工業的には、好ましくは紫外線硬化性樹脂を含む未硬化樹脂組成物を型の凹凸が形成された面に接触させ、樹脂組成物の反対側に回折構造体１１の基材層となるフィルムをラミネートして、樹脂組成物を型とプラスチックフィルムとの間に挟んだ状態とする。かかる状態から、紫外線を照射する等して樹脂組成物を硬化させ、しかる後に該フィルム及び硬化してかつホログラム形状が賦形された該紫外線硬化性樹脂組成物層とを型から離型すると、回折構造体１１が形成される。すなわち、透光性を有する基材層の一方の面上に回折構造１１ａを有する層が積層された回折構造体１１である。

次に、回折構造体１１上に透光層を形成する工程について説明する。透光層１２の形成は、粘着剤としての機能を有する上記した材料を回折構造体１１上に塗布する方法を用いることができる。透光層１２として熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、又は紫外線硬化樹脂を用いる場合には、上記例示したような硬化する前の熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、又は紫外線硬化樹脂等をスキージを用いて回折構造体１１上に塗工し、用いた材料に対応した硬化方法により硬化させて形成する方法を用いることが可能である。

光反射抑制層を積層する工程は、形成された透光層１２に光反射抑制層１３を積層する。透光層が粘着剤としての機能を発揮する層であればこれを利用して光反射抑制層を積層すればよい。透光層１２に粘着剤としての機能が備えられていない場合には粘着剤層を介して光反射抑制層１３を積層する。光反射抑制層１３自体の製造方法は既に説明した通りである。

以上のような方法により光拡散フィルム１０を製造することができる。

次に、上記した光拡散フィルム１０を用いた液晶表示装置１００について説明する。図９は表示装置１００のうち、液晶パネル１０１、及び面光源装置１１０に注目して示した分解斜視図である。図９及び適宜示す図により液晶表示装置１００について説明する。

表示装置１００は、液晶パネル１０１、及び面光源装置１１０を備えている。また、表示装置１００には、説明は省略するが、その他これが表示装置として動作するために必要とされる通常の機器を具備している。
図９では紙面上が観察者側となる。

液晶パネル１０１は、観察者側に配置された上偏光板１０２、面光源装置１１０側に配置された下偏光板１０５、及び上偏光板１０２と下偏光板１０５との間に配置された液晶層１０６と、を有している。

上偏光板１０２は、ＰＶＡ層１０３、及び光拡散フィルム１０が積層されて構成されている。
ＰＶＡ層１０３は、ＰＶＡ（ポリヴィニルアルコール）の層にヨウ素を含浸した上で延伸してなる物であり、液晶層１０６に積層され、入射した光を直交する二つの偏光成分（例えば、Ｐ波およびＳ波等）に分解し、一方の方向（透過軸と平行な方向）の偏光成分（例えば、Ｐ波）を透過させ、当該一方の方向に直交する他方の方向（吸収軸と平行な方向）の偏光成分（例えば、Ｓ波）を吸収する機能を有する層であり、実質的に偏光作用を発現する偏光板本体（いわゆる「偏光子」）に相当する。当該ＰＶＡ層１０３は公知のものを適用することができる。
光拡散フィルム１０は、ＰＶＡ層１０３に積層される上記説明したものであり、入射した光を拡散して透過する機能を有している。

下偏光板１０５にも、ＰＶＡ層が含まれており、入射した光を直交する二つの偏光成分（例えばＰ波およびＳ波等）に分解し、一方の方向（透過軸と平行な方向）の偏光成分（例えば、Ｐ波）を透過させ、当該一方の方向に直交する他方の方向（吸収軸と平行な方向）の偏光成分（例えば、Ｓ波）を吸収する機能を有する。

液晶層１０６は、１対の硝子板間に液晶材料が封入されてなる。そして、画素を形成する単位セルが複数配置され、単位セル毎に、電界印加がなされ得るようになっており、電界印加された単位セル内の液晶分子の配向方向が変化する。面光源装置１１０側（すなわち入光側）に配置された下偏光板１０５を透過した特定方向の偏光成分（本実施形態においては、Ｐ波）は、電界印加された単位セルを通過する際にその偏光方向を９０°回転させ、その一方で、電界印加されていない単位セルを通過する際にその偏光方向を維持する。このため、単位セルへの電界印加の有無によって、下偏光板１０５を透過した特定方向の偏光成分（Ｐ波）が、下偏光板１０５の出光側に配置された上偏光板１０２のＰＶＡ層１０３（偏光子）をさらに透過するか、又は、ＰＶＡ層１０３で吸収されて遮断されるか、を制御することができる。

このようにして液晶パネル１０１では、面光源装置１１０からの光の透過又は遮断を単位セル（画素）毎に制御し、映像を表現することができるように構成されている。

次に面光源装置１１０について説明する。図１０には、図９にＸ−Ｘで示した線に沿った面光源装置１１０の断面図、図１１にはＸＩ−ＸＩで示した線に沿った断面図を示した。
面光源装置１１０は、液晶パネル１０１のうち、観察者側とは反対側に配置され、液晶パネル１０１に面状の光を出射する照明装置である。図９〜図１１からわかるように、面光源装置１１０は、エッジライト型の面光源装置として構成され、導光板１１１と、光源１１５と、光学シート１２０と、反射シート１２５と、を有している。

導光板１１１は、図９〜図１１からわかるように、基部１１２と、単位光学要素部１１３とを有している。基部１１２は、平板状の部材であり、透光性を有する主部１１２ａ内に光散乱粒子１１２ｂが分散されて構成されている。光散乱粒子１１２ｂは、主部１１２ａ内を進む光に対し、反射や屈折等によって、当該光の進路方向を変化させる作用を及ぼす。このような光散乱粒子１１２ｂの光拡散機能（光散乱機能）は、例えば、主部１１２ａをなす材料とは異なる屈折率を有した光散乱粒子１１２ｂを用いることにより可能となる。その他、光に対して反射作用を及ぼし得る材料であってもよい。

単位光学要素部１１３は、図９〜図１１からわかるように、基部１１２の面のうち光学シート１２０側の面に形成される部位であり、複数の単位光学要素１１３ａが並列されている。単位光学要素１１３ａは、図１１に現れる断面を維持して紙面奥手前方向に延びる柱状の要素であり、その延在する方向は、単位光学要素１１３ａが配列される方向と直交する方向である。

図１２は図１１の単位光学要素１１３ａの部分に注目した拡大図を示した。図１２からわかるように、単位光学要素１１３ａは、基部１１２の一方の面上に底辺を有し、基部１１２から突出する凸状の三角柱形状である。図示の主切断面形状（単位光学要素の延在方向と直交する断面における形状）においては三角形形状を有している。本実施形態の単位光学要素１１３ａでは、底辺に対向する頂点が主切断面形状としては曲線状とされている。

また、単位光学要素１１３ａの当該主切断面形状は、次の条件Ａおよび条件Ｂのうちの少なくとも一方を満たすようになっていることが好ましい。
条件Ａ：主切断面三角形形状の頂角以外の角、すなわち、主切断面三角形形状の基部１１２上に位置する底角の角度θ_１、θ_２が、２５°以上４５°以下である。
条件Ｂ：単位光学要素１１３ａの底辺の長さＷａに対する、単位光学要素１１３ａの高さＨａの比（Ｈａ／Ｗａ）が、０．２以上０．５以下である。
条件Ａおよび条件Ｂの少なくとも一方が満たされる場合、後述するように、導光板１１１から出光する光のうち、単位光学要素１１３ａが配列される方向（図１１の紙面左右方向）に沿った成分について極めて効果的に集光作用が及ぼされる。

また、本実施形態では、単位光学要素１１３ａは図１１、図１２に現れる断面（単位光学要素１１３ａが配列される方向に沿った断面であるが、各単位光学要素１１３ａの主切断面にも合致する。）において、二等辺三角形としている。これによれば、正面方向輝度を効果的に上昇させること、および、単位光学要素１１３ａの配列方向に沿った面内での輝度の角度分布に対称性を付与することができる。従って、当該断面における断面三角形形状の二つの底角θ_１、θ_２は等しいことが好ましい。

なお、本件明細書における「三角形形状」とは、厳密な意味での三角形形状のみでなく、製造技術における限界や成型時の誤差等を含む略三角形形状を含むものであっても、本発明の奏するべき光学的機能と同等の機能を確保し得る範囲内であれば、「三角形形状」に包含される。また同様に、本明細書において用いる、その他の形状や幾何学的条件を特定する用語、例えば、「平行」、「直交」、「楕円」、「円」等の用語も、厳密な意味に縛られることなく、同様の光学的機能を期待し得る程度の誤差を含めて解釈することとする。

以上のような構成を有する導光板１１１の寸法は、一例として、以下のように設定され得る。まず、単位光学要素１１３ａの具体例として、導光板１１１の板面に沿った幅Ｗａ（図１２参照）を２０μｍ以上５００μｍ以下とすることができ、導光板１１１の板面への法線方向ｎｄに沿った単位光学要素１１３ａの高さＨａ（図１２参照）を４μｍ以上２５０μｍ以下とすることができる。また、単位光学要素１１３ａの断面形状が三角形形状からなる場合には、頂角θ_３（図１２参照）の角度を９０°以上１２５°以下とすることができる。
一方、基部１１２の厚さは、０．５ｍｍ〜６ｍｍとすることができる。

以上のような構成からなる導光板１１１は、押し出し成型により、または、基材上に単位光学要素１１３ａを賦型することにより、製造することができる。導光板１１１の基部１１２の主部１１２ａ及び単位光学要素１１３ａをなす材料としては、種々の材料を使用することができる。ただし、表示装置に組み込まれる光学シート用の材料として広く使用され、優れた機械的特性、光学特性、安定性および加工性等を有するとともに安価に入手可能な材料、例えば、アクリル、スチレン、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート、アクリロニトリル等の一以上を主成分とする透明樹脂や、エポキシ（メタ）アクリレートやウレタン（メタ）アクリレート系の反応性樹脂（電離放射線硬化型樹脂等）が好適に使用され得る。一方、光散乱粒子１１２ｂは、一例として、平均粒径が０．５μｍ〜１００μｍ程度であるシリカ（二酸化珪素）、アルミナ（酸化アルミニウム）、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、シリコーン樹脂等の透明物質からなる粒子を用いることができる。

なお、押し出し成型で製造された導光板１１１においては、基部１１２と、単位光学要素部１１３と、が一体的に形成され得る。また、押し出し成型によって導光板１１１を製造する場合、単位光学要素部１１３が、基部１１２の主部１１２ａをなす材料と同一の樹脂材料であってもよい。

図９〜図１１に戻って、光源１１５について説明する。光源１１５は、導光板１１１の基部１１２の板状の対向する２組の側面のうち、単位光学要素１１３ａが延在する長手方向（延在方向）両端となる一組の側面のそれぞれに配置される。光源の種類は特に限定されるものではないが、線状の冷陰極管等の蛍光灯、点状のＬＥＤ（発光ダイオード）、又は白熱電球等の種々の態様で構成され得る。本実施形態では光源１１５は複数のＬＥＤにからなり、不図示の制御装置により各ＬＥＤの出力、すなわち、各ＬＥＤの点灯および消灯、及び／又は、各ＬＥＤの点灯時の明るさを、他のＬＥＤの出力から独立して調節し得るように構成されている。

次に光学シート１２０について説明する。図９〜図１１からわかるように、光学シート１２０は、シート状に形成された本体部１２１と、本体部１２１の面のうち、導光板１１１に対向する面、つまり入光側面に設けられた単位プリズム部１２２と、を有している。

この光学シート１２０は、後述するように、入光側から入射した光の進行方向を変化させて出光側から出射させ、正面方向（出光面の法線方向）の輝度を集中的に向上させる機能（集光機能）を有している。この集光機能は、主として、光学シート１２０のうち、単位プリズム部１２２によって発揮される。

図９〜図１１に示すように、本体部１２１は、単位プリズム部１２２を支持する平板状のシート状部材として機能する。そして、本体部１２１の面のうち、導光板１１１に対面する側とは反対側の面が出光側面となる。本実施形態において、本体部１２１の出光側面は、平坦（平ら）で平滑な面として形成されている。ただし、出光側面は平滑面であることに限定されることはなく、微小な凹凸が付された面（いわゆるマット面）であってもよく、必要に応じた表面形態を適用することが可能である。

単位プリズム部１２２は、図９〜図１１によく表れているように、複数の単位プリズム１２２ａが本体部１２１の入光側面に沿って並べられるように配置されている。より具体的には、単位プリズム１２２ａは、当該並べられる方向に直交する方向に、図１０に示した所定の主切断面形状を維持して延びるように形成された柱状の部材である。その延在する方向は、単位プリズム１２２ａが並べられる方向に直交する方向である他、上記した導光板１１１の単位光学要素１１３ａが延びる方向に対して９０度ずれた方向である。従って、単位プリズム１２２ａの延在方向と単位光学要素１１３ａの延在方向とは表示装置を正面から見た場合に直交する。

また、単位プリズム１２２ａの長手方向は、正面から観察した場合に、液晶パネル１０１の下偏光板１０５の透過軸と交差している。好ましくは、光学シート１２０の単位プリズム１２２ａの長手方向は、液晶パネル１０１の下偏光板１０５の透過軸に対して、表示装置の表示面と平行な面（光学シート１２０の本体部１２１のシート面と平行な面）上で４５°より大きく１３５°より小さい角度で交差している。なお、ここでいう角度は、単位プリズム１２２ａの長手方向と下偏光板１０５の透過軸とによってなされる角度のうちの、小さい方の角度、すなわち、１８０°以下の角度のことを意味している。とりわけ、本実施形態においては、光学シート１２０の単位プリズム１２２ａの長手方向は、液晶パネル１０１の下偏光板１０５の透過軸に対して直交し、光学シート１２０の単位プリズム１２２ａが並べられる方向は、液晶パネル１０１の下偏光板１０５の透過軸と平行になっていることが好ましい。

次に単位プリズム１２２ａの配列方向の断面形状について説明する。図１３は、図１０のうち、光学シート１２０の一部を拡大した図である。ここでｎｄは本体部１２１のシート面の法線方向を表わしている。

図１３からわかるように、本実施形態では、単位プリズム１２２ａは、本体部１２１の導光板１１１側の面が突出した二等辺三角形の断面を有している。つまり、本体部１２１のシート面と平行な方向の単位プリズム１２２ａの幅は、本体部１２１の法線方向ｎｄに沿って本体部１２１から離れるにつれて小さくなる。

また、本実施形態では、単位プリズム１２２ａの外輪郭は、本体部１２１の法線方向ｎｄと平行な軸を対称軸として、線対称となっており、断面が二等辺三角形である。これにより、光学シート１２０の出光面における輝度は、単位プリズム１２２ａの配列方向に平行な面において、正面方向を中心として対称的な輝度の角度分布を有するようになる。

ここで、単位プリズム１２２ａの寸法は特に限定されるものではないが、頂角θ_４は６０°〜７０°（図１３参照）、底辺幅Ｗは５０μｍ程度（図１３参照）とすることにより適切な集光特性を得ることができることが多い。

以上のような構成からなる光学シート１２０は、押し出し成型により、又は、基材上に単位プリズム１２２ａを賦型することにより製造することができる。光学シート１２０をなす材料としては、種々の材料を使用することができる。ただし、表示装置に組み込まれる光学シート用の材料として広く使用され、優れた機械的特性、光学特性、安定性および加工性等を有するとともに安価に入手可能な材料、例えば、アクリル、スチレン、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート、アクリロニトリル等の一以上を主成分とする透明樹脂や、エポキシ（メタ）アクリレートやウレタン（メタ）アクリレート系の反応性樹脂（電離放射線硬化型樹脂等）が好適に使用され得る。

本実施形態では上記のように断面形状が三角形である単位プリズムについて説明したが、これに限定されるものでなく、当該三角形の頂点部が短い上底となる台形、頂点の１つが導光板１１１側に対峙した五角形であってもよい。また斜面の形状が折れ線状や曲線であってもよい。

図９〜図１１に戻って、面光源装置１１０の反射シート１２５について説明する。反射シート１２５は、導光板１１１の裏面から出射した光を反射して、再び導光板１１１内に光を入射させるための部材である。反射シート１２５は、金属等の高い反射率を有する材料からなるシート、高い反射率を有する材料からなる薄膜（例えば金属薄膜）を表面層として含んだシート等のいわゆる鏡面反射を可能とするものを好ましく適用することができる。これにより、光の収束性を向上させることが可能となり、エネルギー利用効率をよくすることができる。

次に、以上のような構成を備える表示装置１００の作用について、光路例を示しつつ説明する。ただし当該光路例は光路を概念的に示すものであり、屈折や反射の程度を厳密に表したものでない。

まず、図１０に示すように、光源１１５で発光された光は、導光板１１１の側面の入光面を介して導光板１１１内に入射する。図１０には、一例として、光源１１５から導光板１１１に入射した光Ｌ２１、Ｌ２２の光路例が示されている。

図１０に示すように、導光板１１１へ入射した光Ｌ２１、Ｌ２２は、導光板１１１の単位光学要素部１１３の面及びその反対側の裏面において、空気との屈折率差による全反射を繰り返し、単位光学要素１１３ａの延在方向へ進んでいく。

ただし、導光板１１１の基部１１２のうち主部１１２ａには光散乱粒子１１２ｂが分散されている。このため、図１０に示すように、導光板１１１内を進む光Ｌ２１、Ｌ２２は、光散乱粒子１１２ｂによって進行方向を不規則に変更され、全反射臨界角未満の入射角度で単位光学要素部１１３及びその反対側の面に入射することもある。この場合、当該光は、導光板１１１の単位光学要素部１１３及びその反対側の面から出射し得る。

単位光学要素部１１３から出射した光Ｌ２１、Ｌ２２は、導光板１１１の出光側に配置された光学シート１２０へと向かう。一方、単位光学要素部１１３とは反対側である裏面から出射した光は、導光板１１１の背面に配置された反射シート１２５で反射され、再び導光板１１１内に入射して導光板１１１内を進むことになる（図示は省略）。

導光板１１１内を進行する光と、導光板１１１内に分散された光散乱粒子１１２ｂと、の衝突は、導光板１１１内の導光方向に沿った各区域において生じる。このため、導光板１１１内を進んでいる光は、少しずつ、出光面から出射するようになる。これにより、導光板１１１の単位光学要素部１１３から出射する光の導光方向に沿った光量分布を均一化させることができる。

とりわけ、図示する導光板１１１の単位光学要素部１１３は複数の単位光学要素１１３ａによって構成され、各単位光学要素１１３ａの断面形状は、三角形または三角形の頂角を面取りしてなる形状となっている。すなわち、単位光学要素１１３ａは、導光板１１１の裏面に対して傾斜面１１３ａａ、１１３ａｂを有して構成されている（図１２参照）。従って、単位光学要素１１３ａを介して導光板１１１から出射する光Ｌ２１、Ｌ２２は、例えば図１２に光Ｌ４１で示したように、導光板１１１から出射するときに屈折する。この屈折は、単位光学要素１１３ａの配列方向において、シート面法線ｎｄに近づく（法線ｎｄとのなす角が小さくなる）屈折である。このような作用により、単位光学要素部１１３は、導光方向と直交する方向に沿った光の成分について、透過光の進行方向を正面方向側に絞り込むことができる。すなわち、単位光学要素部１１３は、導光方向と直交する方向に沿った光の成分に対して、集光作用を及ぼすようになる。

上述したように、以下の条件Ａおよび条件Ｂの少なくとも一方が満たされる場合、単位光学要素部１１３は、導光板１１１から出光する光に対し、極めて効果的に上記の集光作用を及ぼすようになる（図１２参照）。
条件Ａ：主切断面三角形形状の頂角以外の角、すなわち、主切断面三角形形状の基部１１２上に位置する底角の角度θ_１、θ_２が、２５°以上４５°以下である。
条件Ｂ：単位光学要素１１３ａの幅Ｗａに対する、単位光学要素１１３ａの基部高さＨａの比（Ｈａ／Ｗａ）が、０．２以上０．５以下である。

以上のようにして、導光板１１１から出射する光の出射角度は、導光板１１１の単位光学要素１１３ａの配列方向と平行な面において、正面方向を中心とした狭い角度範囲内に絞り込まれる。

導光板１１１から出射した光は、その後、光学シート１２０へ入射する。光学シート１２０の単位プリズム１２２ａは、導光板１１１の単位光学要素１１３ａと同様に、単位プリズム１２２ａの入光面での屈折によって透過光に対して集光作用を及ぼす。ただし、光学シート１２０でその進行方向を変化させられる光は、光学シート１２０のうち、単位プリズム１２２ａの配列方向と平行な面内の成分であり、導光板１１１で集光させられた成分とは異なる。すなわち、図１３にＬ５１で示したように、単位プリズム１２２ａに入射した光は、単位プリズム１２２ａと空気との屈折率差に基づいてその界面で全反射する。そのとき、単位プリズム１２２ａの斜辺はシート面法線ｎｄに対してθ_４／２傾いているので、界面における反射光は入射光よりも法線ｎｄに近付けられる角度となる。

つまり、導光板１１１は、導光板１１１の単位光学要素１１３ａの配列方向と平行な面において、光の進行方向を正面方向を中心とした狭い角度範囲内に絞り込むようになる。その一方で、光学シート１２０では、光学シート１２０の単位プリズム１２２ａの配列方向と平行な面において、光の進行方向を正面方向を中心とした狭い角度範囲内に絞り込むようになる。したがって、光学シート１２０での光学的作用によって、導光板１１１で上昇されられた正面方向輝度を害すことなく、さらに、正面方向輝度を上昇させることができる。

ここで、液晶パネル１０１の下偏光板１０５は、一方の偏光成分である例えばＰ波のみを選択的に透過させ、他方の偏光成分である例えばＳ波を吸収してしまう。したがって、単位プリズム１２２ａの配列方向と交差する単位光学要素１１３ａの配列方向に沿った成分が導光板１１１によって十分に正面方向に集光されているとの前提に立つと、正面方向からの観察において、光学シート１２０の単位プリズム１２２ａの長手方向が、液晶パネル１０１の下偏光板１０５の透過軸に対して、４５°より大きく１３５°より小さい角度で交差していることが好ましく、とりわけ、単位プリズム１２２ａの配列方向が、下偏光板１０５の透過軸と平行になっていることが好ましい。このような構成によれば、液晶パネル１０１での光源光の利用効率をさらに上昇させることができる。

光学シート１２０の単位プリズム１２２ａ、導光板１１１の単位光学要素１１３ａは、導光方向に直交する光の成分を集光させることに強く特化して断面形状を決定され得る。このように設計された面光源装置１１０によれば、光の利用効率を大幅に向上させることが可能となる。

さらに、光路について説明する。上記のように面光源装置１１０を出射した光は、液晶パネル１０１の下偏光板１０５に入射する。下偏光板１０５は、入射光のうち、一方の偏光成分を透過させ、その他の偏光成分を吸収する。下偏光板１０５を透過した光は、画素毎への電界印加の状態に応じて、選択的に上偏光板１０２のＰＶＡ層１０３を透過するようになる。このようにして、下偏光板１０５、液晶層１０６、上偏光板１０２のＰＶＡ層１０３により面光源装置１１０からの光を画素毎に選択的に透過させることにより、液晶表示装置１００の観察者が、映像を観察することができるようになる。

上述したように、面光源装置１１０の出光面における正面方向輝度は、導光板１１１による集光作用及び光学シート１２０による集光作用により、高められている。すなわち、本実施形態における液晶表示装置１００においては、導光板１１１の単位光学要素１１３ａおよび光学シート１２０の単位プリズム１２２ａによって光の進行方向を正面方向を中心とした狭い角度範囲内に変化させる機能（集光機能）による光源光の利用効率の改善によって、正面方向輝度を極めて効果的に上昇させることができる。そしてこれにより位相差フィルムが不要となる。

さらに、ＰＶＡ層１０３を透過した光は映像光として光拡散フィルム１０に入射する。光拡散フィルム１０は上記したように、該光拡散フィルム１０の法線方向に略平行な光を所望の角度範囲に広げることが可能である。従って、光拡散フィルム１０に入射した映像光は視野角が広げられるように観察者側に透過される（図９のＬ６１参照）。

一方、外光については次の通りである。図１４に外光の光路例であるＬ７１を表した説明図を示した。図１４に実線矢印Ｌ７１で示した光路例が本実施形態における光路例である。すなわち、光拡散フィルム１０に照射された外光Ｌ７１は光拡散フィルム１０の光反射抑制層１３により反射が抑制される。これによりいわゆる外光の映り込みが抑制され、その結果映像光のコントラストを向上させることができる。
また、光反射抑制層１３により、外光に起因する虹状の色ムラを抑制することができる。より詳しくは次の通りである。図１４に破線矢印Ｌ７１’で示した光路を例に説明する。もし、光反射抑制層１３が具備されていない場合、外光はＬ７１’のように光拡散フィルムを透過する。そして透過した外光は例えば光路Ｌ７１’のように光拡散シート１０とＰＶＡ層１０３との界面で反射して観察者側に向かう。観察者側に向かった外光Ｌ７１’はその途中で回折構造１１ａを透過する。このとき光は回折構造１１ａにより光の波長に基づき分散し、色により透過する光の角度が大きく異なる現象で虹状の色ムラが発生する。これにより観察者には外光及び回折構造に起因する虹状の色ムラが見えてしまう。これに対して光拡散フィルム１０によれば、外光Ｌ７１’が発生することを抑制することができるので、当該外光起因の虹ムラを抑制することが可能となる。

また、液晶表示装置１００では、光拡散フィルム１０の上記例示した光拡散特性を有する回折構造を適用すれば、観察者が画面を見る際には正面、水平面内、垂直面内の視野角で映像や画像を観察することができればよく、観察者にとって重要でない斜め方向面内の視野角に対して映像光の透過を抑制することができる。従って、不要な光の透過を抑制することができるので、光源からの光の利用効率を向上させることができる。
さらに、光拡散フィルム１０のホログラム形状１１ａ（回折構造１１ａ）を計算機ホログラムとすれば、光の拡散範囲等を所望のものに調整することができる。

なお、ここで説明した液晶表示装置１００の構成は例示であり、本発明の趣旨に反しない限りは構成を変更することも可能である。例えば、ここでは光拡散フィルム１０を適用した液晶表示装置１００を説明したが、光拡散フィルム１０のかわりに、光拡散フィルム２０を適用してもよい。また、上偏光板１０２では液晶層１０６側にＰＶＡ層１０３、その観察者側に光拡散フィルム１０を配置したが、これとは逆に液晶層側に光拡散フィルム１０を配置し、その観察者側にＰＶＡ層を設けても良い。

さらに、面光源装置についても、上記した面光源装置１１０に限られることなく、液晶パネルの法線方向に対して略平行な光を効率良く透過することができれば他の形態であってもよい。例えば、本実施形態の面光源装置１１０では、導光板１１１において基部１１２の光学シート１２０側に単位光学要素部１１３を配置した例を説明した。しかしながらこれに限定されることなく、単位光学要素部が基部の反射シート側に設けられたり、基部の光学シート側及び反射シート側の両面に設けられたり、又は単位光学要素部が配置されずに基部のみより形成される形態であってもよい。また、導光板を配置することなく、光源からの光を斜めに傾斜するように直接光学シートに透過する形態を採用することもできる。

以下、実施例について説明する。

（実施例１の液晶表示装置）
実施例１では、上記した第一実施形態で示した光拡散フィルム１０を適用した液晶表示装置を作製した。より詳しくは、本実施例１では、図９に示した層構成を有するエッジライト型の液晶表示装置を作製した。
光拡散フィルム１０に関しては次のように作製した。すなわち、ＴＡＣ基材（富士フィルム株式会社製、フジタックＴＤ−８０ＵＬ）に紫外線硬化型樹脂（ＳＳＣＰ社製 ＤＡＮ５６３、屈折率１．５８）を用いてホログラムの型の賦型により回折構造を具備する層を形成し、その賦型面上にシリコン系の粘着剤（東レ・ダウコーニング株式会社製 ＳＤ４５７０、屈折率１．４１）をホログラムの凹凸形状に隙間なく埋まり込むように形成した。さらにその粘着剤上にモスアイ構造を表面に具備するトリアセチルセルロースフィルム（ＴＡＣフィルム、厚さ８０μｍ、５度反射率０．０５％）を積層することにより光拡散フィルムを作製した。

（実施例２の液晶表示装置）
実施例２では、実施例１に用いたモスアイ構造による光反射抑制層の代わりに、モスアイ構造でない光反射抑制機能を有する層を積層した光拡散フィルムを適用した液晶表示装置を作製した。光拡散フィルム以外は実施例１と同じ液晶表示装置とした。実施例２にかかる光拡散フィルムは次のように作製した。すなわち、ＴＡＣ基材に紫外線硬化型樹脂（ＳＳＣＰ社製 ＤＡＮ５６３屈折率１．５８）を用いてホログラムの型の賦型により回折構造を具備する層を形成し、その賦型面上にシリコン系の粘着剤（東レ・ダウコーニング株式会社製 ＳＤ４５７０、屈折率１．４１）をホログラムの凹凸形状に隙間なく埋まり込むように形成した。さらにその粘着剤上に反射防止（いわゆる「ＡＲ」）処理されたトリアセチルセルロースフィルム（ＴＡＣフィルム、大日本印刷株式会社製、ＤＳＧ０３、厚さ８０μｍ、５度反射率０．０５％）をラミネートすることにより光拡散フィルムを作製した。

（比較例１の液晶表示装置）
比較例１では、実施例１に示した光拡散フィルムに備えられた光反射抑制層の代わりに、トリアセチルセルロース（ＴＡＣ、厚さ８０μｍ）による層を形成した光拡散フィルムを適用した液晶表示装置を作製した。

（比較例２の液晶表示装置）
比較例２では、実施例２の光拡散フィルムに備えられた反射防止（ＡＲ）処理されたＴＡＣフィルム（８０μｍ、５度反射率１．２％）のみを用い、回折構造体及び透光層を具備しないフィルムを適用した液晶表示装置を作製した。

（比較例３の液晶表示装置）
比較例３では、比較例１に用いたトリアセチルセルロース（ＴＡＣ、厚さ８０μｍ）による層のみによるフィルムを適用した液晶表示装置を作製した。

（評価項目、及び評価方法）
上記実施例１、実施例２、及び比較例１〜比較例３の液晶表示装置に対して、全光線透過率、外光起因の虹ムラ、視野角、コントラスト、及び厚さをそれぞれ評価し、これらを総合して総合評価をした。
それぞれについては次のように評価をおこなった。
全光線透過率は、ヘーズ・透過率計（村上色彩技術研究所、ＨＭ−１５０）により測定した。
外光起因の虹ムラは、液晶表示装置を黒表示とし、出光面側（観察者側）から目視観察したときの画面内の色のムラを相対的に評価。目視で認識されない場合を「◎」、うっすらと認識される場合を「○」とする。明確に認識される場合を「×」とした。
視野角は、液晶表示装置を白表示し、出光面側から、出光面の法線に対して斜め４５度から目視観察したときの明るさを相対的に評価。実施例１の液晶表示装置を「○」として基準とし、それより明確に暗いと感じられる場合を「×」とした。
コントラスト比は、輝度計（コニカミノルタ社製、ＣＳ２０００）にて明所コントラストを測定し、コントラストの値が高いものから「◎」、「○」、「△」、「×」と相対的に評価した。
厚さは、膜厚計（テスター産業株式会社製）により測定した。

（結果）
結果を表１に示す。

表１からもわかるように、実施例１、実施例２では厚さは若干厚くなるものの、外光起因の虹ムラ及びコントラストと、視野角と、が両立して良好であることがわかる。その中でも実施例１のモスアイ構造が他に比べて効果が高い。
一方、比較例１は回折構造体を備えているので視野角は良好であるが、課題にも記載したように外光起因の虹ムラ及びコントラストに問題がある。
比較例２、３は回折構造体を備えていないので視野角が狭い。一方で外光起因の虹ムラは発生しないので、外光起因の虹ムラが回折構造体によるものであることがわかる。

１０ 光拡散フィルム
１１ 回折構造体
１１ａ 回折構造
１２ 透光層
１３ 光反射抑制層
１００ 液晶表示装置
１０１ 液晶パネル
１０２ 上偏光板
１０３ ＰＶＡ層（偏光子）
１０５ 下偏光板
１０６ 液晶層
１１０ 面光源装置
１１１ 導光板
１１２ 基部
１１２ａ 主部
１１２ｂ 光散乱粒子
１１３ 単位光学要素部
１１３ａ 単位光学要素
１１５ 光源
１２０ 光学シート
１２１ 本体部
１２２ 単位プリズム部
１２２ａ 単位プリズム
１２５ 反射シート

Claims (8)

1. 入射面の法線方向に略平行に入射した光を拡散して出射し、視野角を拡大する回折構造を有する回折構造体と、
   前記回折構造により光が拡散する側に配置され、表面反射を抑制する光反射抑制層と、を備え、
   前記回折構造体は、該回折構造体の出光面が鉛直に立てられた姿勢で、前記出光面に対する正面、水平面内方向、及び垂直面内方向にのみ輝度分布を生じる回折構造を有する光拡散フィルム。
2. 前記光反射抑制層がモスアイ構造を具備している、請求項１に記載の光拡散フィルム。
3. 前記回折構造が計算機ホログラムである、請求項１又は２に記載の光拡散フィルム。
4. 前記回折構造体には、前記回折構造により光が拡散する側に、透光性を有する透光層が直接積層され、
   前記回折構造体の前記回折構造を構成する部位と前記透光層とは屈折率差を有する、請求項１〜３のいずれか一項に記載の光拡散フィルム。
5. 前記回折構造を有する部位の屈折率が、前記透光層の屈折率より高い、請求項４に記載の光拡散フィルム。
6. 請求項１〜５のいずれか一項に記載の光拡散フィルムと、該光拡散フィルムに積層されたＰＶＡ層と、を有する偏光板。
7. 略平行な光を生成する面光源装置と、該面光源装置の観察者側に配置される液晶パネルと、を有し、
   前記液晶パネルは、液晶層と、該液晶層の前記面光源装置側に配置される下偏光板と、
   前記液晶層の前記観察者側に配置される上偏光板と、を備え、
   前記上偏光板は請求項６に記載の偏光板である、
   液晶表示装置。
8. 前記上偏光板は、前記液晶層側に前記ＰＶＡ層、該ＰＶＡ層の観察者側に前記光拡散フィルムの順である、請求項７に記載の液晶表示装置。

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