JP5282500B2 - 光学素子及びそれを用いたバックライトユニットとディスプレイ装置 - Google Patents

Description

本発明は、光路制御に用いられる光学素子、光均一素子、光学シート、バックライトユニットおよびディスプレイ装置に関するものである。

液晶パネルを利用した液晶表示装置が、携帯電話や個人用携帯情報端末、パーソナルコンピュータ用ディスプレイの画像表示手段だけでなく、家電製品としてのテレビにも幅広く普及してきている。
さらには、これまでのカソード・レイ・チューブ（ＣＲＴ）テレビでは困難であった大型面対応の情報家電の画像表示装置として一般家庭にも普及し、液晶表示装置の利点をより活用させるために、大型化だけでなく、高輝度化、薄型・軽量化に向けた開発も非常に早いスピードで進められてきている。

このような液晶表示装置では、装置内部に光源を内蔵していることが多く、画像を表示するために必要な明るさを得るために、液晶パネルの背面側に光源を含めたバックライトユニットを配置している。
このバックライトユニットに採用されている光源としては、大別して冷陰極管等の光源ランプを、光透過性に優れたアクリル樹脂等からなる平板状の導光板内で多重反射させる「導光板ライトガイド方式」（いわゆる、エッジライト方式）と、画像表示素子とこの光源との間に光散乱性の強い拡散板及び光学フィルムを配置して、冷陰極管やＬＥＤなどが直接視認されない構成を有する「直下型方式」があり、特に直下型方式は導光板の利用が困難な大型の液晶ディスプレイなどの表示装置に用いられている。

光源である冷陰極管から出射される光は、冷陰極管の直上が最も明るく、冷陰極管と冷陰極管の中間が最も暗くなっている。
直下型方式に使用される拡散板は、この光源の明暗である輝度ムラ（ランプイメージ）を低減させることを主な目的としていることから、光を散乱させる微細な材料が含まれており、使用する目的に合わせて様々な拡散板が開発されている。
また、拡散板は、その上に配置される光学フィルムを支持する役割を担うことから、通常１〜３ｍｍ程度の厚さが必要とされている。さらに、液晶表示装置は年々薄型化が進んでいく傾向があり、これを構成する拡散板も薄型化が要求されつつあると同時に、更なる拡散性の向上が求められてきている。

最近の液晶表示装置の流れとしては、地球環境問題対策の一環でもある消費エネルギーを低減させることを目的とした、消費電力抑制が大きな課題となってきている。
液晶表示装置においては、光源となるバックライトの消費電力が最も大きく、このバックライトの消費電力を抑制する取組みが幅広い分野で行われてきている。

この一つの取組みとして、光源である冷陰極管の本数を低減させて消費電力を低く抑える試みが行われており、その消費電力低減の効果は社会に広く認められつつある。
しかしながら、冷陰極管の本数を減らすことは光源の明暗である輝度ムラ（ランプイメージ）を強めることになり、これまでの拡散板及び光学フィルムの組合せでは完全にランプイメージを消すことは困難となってきている。
ランプイメージを消すために、拡散板内部に拡散粒子を増やした場合は拡散板の全光線透過率を下げることになり、画像表示に必要な輝度を得ることが出来なくなる。
この場合、光源である冷陰極管からの光を強くすることで必要とされる輝度は得られるが、光を強くすることで消費電力低減の効果が大幅に低下してしまうという問題が生じることになる。

特許文献１〜３には、拡散性能を向上させる手段として、拡散板の光出射面にレンズ形状を賦形した例が開示されている。一例として、拡散板の上に凸型曲面を有するレンズが配置されている。
このような拡散板では、光源の配置に合わせてレンズの形状を設計し、レンズのアライメントを決定することが必要となる場合があり、製造工程が煩雑化することが生じる。
また、拡散板の光出射面にレンズ形状を賦形することにより、拡散板の全光線透過率が低下して、画面表示に必要な輝度を得ることが難しくなることもある。
さらにまた、拡散板の上に配置したレンズシートと液晶画素とからモアレ干渉縞が生じる問題も考えられる。
特開２００７−１０３３２１号公報 特開２００７−１２５１７号公報 特開２００６−１９５２７６号公報

本発明は、上記問題を鑑みてなされたものであり、複数の光源からの入射光を均一にして射出させることでランプイメージを低減／消滅させることが可能であり、光源と光学素子、及び光均一素子との距離が近づいた場合、または光源の間隔が拡がった場合に対応が可能である光学素子、及び光均一素子を提供することを目的とする。
更に上記光学素子、及び光均一素子から射出された光を効率良く観察者側へと射出させることで観察者側への輝度を向上させる光学フィルムを、該光学素子、及び該光均一素子と一体積層した光学シート、該光学シートを備えたバックライトユニットおよびディスプレイ装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、この発明は以下の手段を提案している。本発明の請求項１は、光偏向要素と、前記光偏向要素の光射出面側に配置された光伝搬層を有する光学素子において、前記光偏向要素または光伝搬層、あるいは前記光偏向要素及び光伝搬層に光を拡散する機能を有する物質を含み、光源からの光を前記光偏向要素の光入射面から入射し前記光伝搬層の光射出面から拡散光を射出し、前記物質の平均粒径が０．１μｍから１００μｍの範囲内である微粒子から選ばれ、前記光偏向要素が少なくとも１種以上の凹凸形状を有する光偏向レンズであり、前記光偏向レンズが一次元に配列された単位レンズからなり、各々の前記単位レンズの最もレンズ頂点から離れた点で集光する点である最遠交点が、前記光伝搬層内に含まれることを特徴とする。

本発明の請求項２は、請求項１に記載の光学素子において、前記光偏向要素に含まれる光を拡散する機能を有する物質の含有濃度が、０．００１重量％から３０重量％の範囲から選ばれることを特徴とする、光源からの光を前記光偏向要素の光入射面から入射し前記光伝搬層の光射出面から拡散光を射出する光学素子である。

本発明の請求項３は、前記光伝搬層が少なくとも１層以上の層から構成されることを特徴とする請求項１または２記載の光学素子である。

本発明の請求項４は、前記光伝搬層が少なくとも２層以上の異なる屈折率若しくは異なるヘイズ値を有する多層構成であることを特徴とする請求項１から３に何れか１項記載の光学素子である。

本発明の請求項５は、前記光偏向レンズは、弧状表面又は稜線を有する第一頂部と、第一頂部から前記光伝搬層の観察者側とは反対の面に至る第一傾斜部とを有し、前記光伝搬層の屈折率をｎとし、前記光偏向レンズのピッチをＰとし、前記第一傾斜面が前記光伝搬層に接合する接合点における前記第一傾斜面への接線が、前記光伝搬層の観察者と反対側の面となす角をθとしたとき、前記光伝搬層の厚さＴが下記の数１を満たすことを特徴とする請求項１から４に何れか１項に記載の光学素子である。

本発明の請求項６は、請求項５に記載の光学素子において、前記光偏向レンズの形状が、前記第一頂部と、前記第一傾斜部が湾曲してなる第一湾曲傾斜部を有する形状であり、前記第一湾曲傾斜部の各点における接線と、前記光伝搬層の光入射面側となす角が、２０度以上９０度以下で連続して変化していることを特徴とするものである。

本発明の請求項７は、請求項６に記載の光学素子において、前記第一頂部が稜線を有することを特徴とするものである。

本発明の請求項８は、前記光偏向要素と、前記光伝搬層が多層押出法により一体成形されていることを特徴とする請求項１から７の何れか1項に記載の光学素子である。

本発明の請求項９は、請求項１から８に何れか１項記載の光学素子と、前記光学素子の前記光伝搬層の光出射面側に光拡散基材を有する構造をもつことを特徴とする光均一素子である。

本発明の請求項１０は、光路制御用の光均一素子であって、前記光均一素子は、拡散基材と光伝搬層と光偏向要素からなり、前記拡散基材の光入射面側に光伝搬層が形成され、前記光伝搬層の光入射面側に前記光偏向要素が形成されており、前記拡散基材は、透明樹脂に光拡散領域が分散されてなり、全光線透過率が３０％〜８０％、ヘイズ値が９５％以上であり、前記光伝搬層は、全光線透過率が６０％以上、ヘイズ値が９５％以下であり、前記光偏向要素または光伝搬層、あるいは前記光偏向要素及び光伝搬層に光を拡散する機能を有する物質を含み、光源からの光を前記光偏向要素の光入射面から入射し前記光伝搬層の光射出面から拡散光を射出し、前記物質の平均粒径が０．１μｍから１００μｍの範囲内である微粒子から選ばれ、前記光偏向要素が少なくとも１種以上の凹凸形状を有する光偏向レンズであり、前記光偏向レンズが一次元に配列された単位レンズからなり、各々の前記単位レンズの最もレンズ頂点から離れた点で集光する点である最遠交点が、前記光伝搬層内に含まれる、ことを特徴とする光均一素子である。

本発明の請求項１１は、前記拡散基材と前記光伝搬層と前記光偏向要素とが多層押出法により一体成形されていることを特徴とする請求項９または１０に記載の光均一素子である。

本発明の請求項１２は、前記拡散基材と前記光伝搬層とが多層押出法により一体成形されており、前記光偏向要素がシート状に成形され、前記光偏向シートと前記光伝搬層とが固定層により積層されていることを特徴とする請求項９から１１の何れか１項に記載の光均一素子である。

本発明の請求項１３は、前記拡散部材の観察者側の面が、凹凸を有する光拡散レンズを有することを特徴とする請求項９から１２の何れか１項に記載の光均一素子である。

本発明の請求項１４は、前記拡散基材の観察者側の面が、略平坦であることを特徴とする請求項９から１３の何れか１項に記載の光均一素子である。

本発明の請求項１５は、請求項９から１４の何れかに記載の光偏向要素及び光伝搬層と拡散基材から構成される光均一素子において、光拡散基材の光入射面側に光伝搬層面と光偏向要素が形成され、前記拡散基材の光出射面側に集光レンズと光透過基材から成る光学フィルムが設けられており、前記集光レンズは複数で一定のピッチで配列されて、前記集光レンズの形状が凸曲面形状であり、弧状表面を有する第三頂部と、前記第三頂部から前記光透過基材へ至る第三傾斜面とを有しており、前記第三頂部に行くに従い、隣り合う前記第三傾斜面の間の距離が次第に減少するように形成されていることを特徴とする光学シートである。

本発明の請求項１６は、前記光学フィルムと前記光均一素子との間に、複数の光マスクと、前記光マスクを離間する光透過用開口部とが設けられており、前記光透過開口部が、前記集光レンズの前記第三頂部に対応して設けられ、前記光マスクを介して前記光学フィルムと前記光均一素子とが一体積層されていることを特徴とする請求項１５に記載の光学シートである。

本発明の請求項１７は、前記光学フィルムと前記光均一素子との間にドット状または線状のリブが配列され、前記リブを介して前記光学フィルムと前記光均一デバイスとが一体積層されてなることを特徴とする請求項１５に記載の光学シートである。

本発明の請求項１８は、請求項１から８の何れか１項に記載の光学素子と、少なくとも1種以上の光学部材と、光源を備えることを特徴とするバックライトユニットである。

本発明の請求項１９は、請求項９から１４の何れか１項に記載の光均一素子と、光源を備えることを特徴とするバックライトユニットである。

本発明の請求項２０は、請求項９から１４の何れか１項に記載の光学シートと、光源と、を備えることを特徴とするバックライトユニットである。

本発明の請求項２１は、前記光源が線状光源であり、前記光偏向レンズの形状がレンチキュラー型であり、平面視したときに、前記レンチキュラー型レンズの長軸方向と前記線状光源の長軸方向とのなす角が２０度以下であることを特徴とする請求項１８から２０の何れか１項に記載のバックライトユニットである。

本発明の請求項２２は、画素単位で光を透過／遮光して画像を表示する画像表示素子と、請求項１８から２０の何れか１項に記載のバックライトユニットを備えることを特徴とするディスプレイ装置である。

これまで述べてきた構成によって、光源との距離が近づいた構成または光源の間隔が拡がった構成に対しても、画面表示側に輝度ムラのない均一な光を射出することが可能であり、多層構成において各層の厚みや材質を変えることで、光源から発せられる熱による反りを防止することができる光学素子、及び光均一素子を提供することができる。
また光学素子、及び光均一素子から射出された光を効率良く液晶表示画像を観察する人の方向へと射出させることで、観察者側の輝度を向上させる光学フィルムと、該光学素子、及び該光均一素子とを一体積層した光学シート、該光学シートを備えるバックライトユニットおよびディスプレイ装置を提供することができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づき詳細に説明する。
なお、図１から図４は、本実施形態による光学素子及び光路制御部材の構成およびその利用形態を示す断面概略図の一例であり、各部位の縮尺または比率は実際とは一致しない。また、これに限定されるものでもない。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の光学素子、光均一素子、バックライトユニットおよびディスプレイ装置の一例を示す断面模式図である。
本発明の実施形態であるディスプレイ装置７０は、画像表示素子３５とバックライトユニット５５とから構成されている。
また、本発明の実施形態であるバックライトユニット５５は、ランプハウス（反射板）４３内に複数の光源４１が配置され、その上（観察者側方向Ｆ）に本発明の実施形態である光学素子２４、光均一素子２５、光学部材２が単一、又は複数配置されて構成されている。
光源４１から射出された光Ｈは、光均一素子２５で拡散され、その上に配置された単一、又は複数の光学部材２で拡散・反射・集光・カラーシフトされ、バックライトユニット５５から射出される光Ｋが、画像表示素子３５に入射し、観察者側Ｆへと射出される。

光源４１は、画像表示素子３５へと光を供給するものである。
そこで光源４１としては、たとえば、複数の線状光源を用いることができる。複数の線状光源としては、たとえば、複数の蛍光灯、冷陰極管（ＣＣＦＬ）、ＥＥＦＬあるいは線状に配置されたＬＥＤなどを用いることができる。
反射板４３は、複数の光源４１の観察者側Ｆと反対側に配置され、光源４１から全方向に出射された光のうち、観察者側Ｆと反対側の方向に出射された光を反射させて観察者側Ｆに出射させることができる。その結果、観察者側Ｆに出射された光Ｈは、ほぼ光源４１から全方向に出射された光となる。
このように反射板４３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４３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。

本発明の実施形態である光学素子２４は、光を拡散する機能を有する物質を含む光偏向要素２８と光伝搬層２３とで構成される。
また、光偏向要素２８は表示装置７０の光源４１側に向けて配置される。
光学素子２４の機能は、光偏向要素２８の入射面から入射した光Ｈを偏向し、光伝搬層２３に射出し、光伝搬層２３の光射出面から拡散光を射出するものである。
また、光均一素子２５は、上述の光学素子２４に拡散基材２６を有するものであり、拡散基材２６の観察者側Ｆと反対側の面２６ａに光伝搬層２３の観察者側Ｆの面２３ｂが重ねられて形成されている。
上述のような光学素子２４、光均一素子２５は、液晶装置のみならず、背面投射型スクリーン、太陽電池、有機又は無機ＥＬ、照明装置など、光路制御を行うものであれば、何れのものにも使用することができる。

図２（ａ）は、本発明の実施形態である光均一素子２５の機能を説明する図である。光源４１はランプハウス（反射板）４３内に、Ｖｅ方向（画面垂直方向）に一定のピッチで配列されている。
光源４１から射出した光Ｈは、光均一素子２５の観察者側Ｆと反対側の面、すなわち光偏向要素２８より入射し、光均一素子２５の観察者側Ｆの面、すなわち拡散基材２６の観察者側Ｆの面２６ｂより観察者側Ｆへ射出する。
光均一素子２５の拡散性能が足りない場合、拡散基材２６の観察者側Ｆの面２６ｂには、光源４１に対向する領域が明るく、光源４１と光源４１との間に対向する領域が暗く見え、輝度ムラ（光源イメージ）として視認される。
本発明の実施形態である光均一素子２５は、観察者側Ｆとは反対側の面に光偏向要素２８が配列されている。
光源４１から入射する強い正面光Ｈを光偏向要素２８にて、その進行方向を偏向し、光伝搬層２３において偏向された入射光を拡げ、拡散基材２６において拡散し、均一な光を観察者側Ｆへ射出する。

光偏向要素２８としては凹凸形状を有するレンズであることが望ましい。
図２（ａ）に示すように、光偏向要素２８の第一傾斜面２８ｂが光伝搬層２３と接合する点３０における第一傾斜面２８ｂへの接線ｍと、光伝搬層２３の観察者側Ｆとは反対側の面２３ａとがなす角度をθ、光偏向要素２８の単位レンズのピッチをＰ、光伝搬層２３の厚みをＴ、光伝搬層２３の屈折率をｎとしたとき、以下の数式１を満たすことが望ましい。

すなわち、図２（ｂ）に示されるように、光伝搬層２３の厚みＴは、光偏向要素２８の第一傾斜面２８ｂが光伝搬層２３と接合する点３０に入射した光が、角度θの面で偏向され、光伝搬層２３内にてＶｅ方向に光偏向要素２８のピッチＰ以上拡がるために必要な厚みと定義される。
ここで光偏向要素２８の単位レンズのピッチＰは、光偏向要素２８を断面視した際に、光伝搬層２３と接合する２点間の距離と定義される。
尚、数式１が有効な光偏向要素２８のピッチＰは１０μｍ以上３００μｍ以下であることが望ましい。光偏向要素２８のピッチＰが１０μｍより小さい場合は、構造周期が波長に近づくため、回折の影響が無視できなくなってくるためである。
光偏向要素２８のピッチＰが３００μｍを超える場合、性能上は問題ないが、光伝搬層２３の厚みＴが非常に厚くなってしまう。この場合、光伝搬層２３の厚みは２ｍｍ以下に収まるよう設定することが望ましい。

よって一定のピッチで配列された光偏向要素２８に入射した正面光Ｈは、光偏向要素２８で偏向され、さらには光偏向要素２８内部の光拡散物質により拡散された光が光伝搬層２３内で混ざり合い、拡散基材２６にて拡散、観察者側Ｆへと射出される。
光伝搬層２３の厚みＴが数式１を満たさない場合、光偏向要素２８にて偏向された光は混ざり合わずに拡散基材２６へ入射するため、光均一素子２５の拡散性能が不足する。

さらにまた、２つ隣の光偏向要素２８によって偏向された光が光伝搬層２３内で混ざり合うことがより好ましい。すなわち、以下の数式２を満たすことが望ましい。

図２（ｃ）に示されるように、２つ隣の光偏向要素２８によって偏向された光が光伝搬層２３内で混ざり合う厚さＴであれば、その拡散性能は更に増すため、光源４１との距離が１０ｍｍ以下と近づいても、ランプイメージを低減／消滅することが可能となる。

光偏向要素２８としては、図３（ａ）のような三角プリズム形状が望ましい。レンズ成形が容易であり、且つ正面からの入射光Ｈを大きく偏向することが出来るためである。
また、図３（ｂ）のような凸湾曲レンズ形状が望ましい。第一頂部２８ａ、及び第一傾斜面２８ｂの各点における接線が連続的に変化しているため、正面からの入射光Ｈを様々な角度へ偏向することが出来るためである。
凸湾曲レンズ形状としては、図３（ｃ）のような非球面形状であることが更には望ましい。第一頂部２８ａの曲率半径が小さくできるため、拡散性能が増すためである。
さらに光偏向要素２８としては、図３（ｄ）のような湾曲三角プリズムであることが望ましい。第一頂部２８ａが稜線であるため、入射光Ｈがレンズのどの箇所へ入射しても必ず大きく偏向することができる。また、第一傾斜面２８ｂの各点における接線が連続的に変化しているため、正面からの入射光Ｈを様々な角度へ拡散することが出来るためである。
このとき、図３（ｄ）に示すように、第一傾斜面２８ｂの各点における接線ｍが、光伝搬層２３の観察者側Ｆとは反対側の面２３ｂとなす角度θが、２０度〜９０度の間で連続的に変化していることが更には望ましい。２０度を下回る面がある場合、偏向角が非常に小さくなるため、拡散性能が弱くなってしまう。特に０度となる面がある場合、全く偏向せずに入射光Ｈを通すことになる。
湾曲三角プリズムは第一傾斜面２８ｂの各点における接線ｍが、光伝搬層２３の観察者側Ｆとは反対側の面２３ｂとなす角度θが、２０度より小さくなる面がないため、第一傾斜面２８ｂのどの箇所に光が入射しても大きな角度で偏向することが可能である。

また、第一傾斜面２８ｂの各点における接線ｍが、光伝搬層２３の観察者側Ｆとは反対側の面２３ｂとなす角度θが大きく変化しない場合、第一傾斜面２８ｂのどの点に光が入射しても、偏向角がほとんど一緒となるため、同じ領域に光が集中してしまう。
湾曲三角プリズムは第一傾斜面２８ｂの各点における接線が、光伝搬層２３の観察者側Ｆとは反対側の面２３ｂとなす角度が、２０度〜９０度の範囲で大きく変化しているため、様々な角度に入射光Ｈを偏向し、光を均一にすることができる。
さらに、光偏向要素２８は上記レンズ形状を複数組み合わせて用いることができる。
例えば図３（ｅ）に示されるように、凸湾曲レンズの上に三角プリズムを組み合わせたような形状でも良い。または図３（ｆ）のように２つの湾曲三角プリズムをＶｅ方向にシフトさせて重ねた形状でも良い。２つ以上のレンズ形状による拡散効果により、更に拡散性能が増すためである。

光偏向要素２８は図４（ａ）に示されるように、凹レンズ形状でも良い。
凹レンズ形状としては、上記三角プリズム、凸湾曲レンズ、湾曲三角プリズム、その他組合せレンズの逆形状であることが望ましい。
この場合、上述の数式１、数式２におけるθは、図７に示されるように、第一傾斜面２８ｂが第一頂部２８ａと接合する点３０における接線ｍと、光伝搬層２３の観察者側と反対側の面２３ａとのなす角度θと定義される。
従って、光伝搬層２３の厚みＴの定義は、凹レンズの第一頂部２８ａから拡散基材２６までの距離となる。
そのため、凸レンズ形状と比べて、光学素子２４及び光均一素子２５の厚さを薄くすることが可能となるため望ましい。
また、図４（ｂ）に示されるように、凹レンズの第一頂部２８ａは略平坦面であっても良い。平坦面である方が、光偏向レンズ２８を成形する金型の磨耗や欠けが少ないためである。
さらにまた、図４（ｃ）に示されるように、略平坦面である第一頂部２８ａの上に、光拡散／反射層２８ｃを形成しても良い。このとき、光偏向要素２８（光伝搬層２３）を厚さ方向から見た状態で光拡散／反射層２８ｃが第一頂部２８ａと第一傾斜面２８ｂとの境目から第一傾斜面２８ｂに回り込んだ部分の寸法としての回り込み量Δは、第一傾斜面２８ｂの幅ｐ１の３０％以下であることが望ましい。
さらにまた、図４（ｄ）に示されるように、凹レンズの凹面に光カバー層２８ｃを形成しても良い。凹レンズの凹面は偏向角が小さい領域であるため、凹面に光カバー層２８ｃを形成することで拡散性能が向上する。形成する方法としては、例えばインクジェット方式、撥水／撥油処理方法等が挙げられる。

光偏向要素２８は上述のレンズ等を、適宜複数組み合わせて配列しても良い。
または図６（ａ）及び図６（ｂ）に示されるように単位レンズのピッチＰや高さを変えて配列しても良い。これにより、光偏向要素２８の最遠交点αは光伝搬層２３内に不均一に配置されている。
図６（ｃ）には、光偏向要素２８の単位レンズの配列方向に対して、最遠交点αが平行且つ直線上に配置されたものを示す。
光偏向要素２８に正面光Ｈが入射したとき、単位レンズの中心線上に集光点が生じるが、該中心線上に収差が生じる。
そこで本発明においては説明を簡略化するために、最もレンズ頂点から離れた点で集光する点を最遠交点αと定義する。
図６（ａ）〜（ｃ）においては、単位レンズの両端に入射した光が偏向されて交わる点が最遠交点αとなる一例を示している。

図６（ｃ）において、例えば全ての光偏向要素２８が同一形状である場合は、各々の光偏向要素２８に入射した光の最遠交点αの位置は、同一面上に存在する。
従って、光学素子２４及び光均一素子２５の入射面から入射した光Ｈは、どの領域においても同一の拡散性能が得られるため、ムラの無い光学素子２４及び光均一素子２５を提供することができる。
しかしながら、図６（ａ）及び図６（ｂ）で示されるように、光偏向要素２８のレンズ形状が一定ではない場合は、各々の光偏向要素２８に入射した光の最遠交点αが同一面上には存在しない。
したがって各々の光偏向要素２８毎に光伝搬層２３の厚みＴが異なることとなる。このとき、光伝搬層２３の厚さＴは、組み合わせる各レンズの中で最も厚くなるＴを選択することが望ましい。
最も厚くなるＴを選択することで、配列される全ての光偏向要素２８において、上述の数式１および数式２を満足することができるため、確実に拡散効果を得ることができる。
例えば、光源４１が極端に光学素子２４及び光均一素子２５と近接する場合や、光源４１間の距離が極端に離れている場合、光源４１間の距離が不均一な場合などに、光偏向要素２８の最遠交点αを不均一にすると有効である。
特に異なる形状の光偏向要素２８を複数組み合わせる場合、図７に示されるように、光源４１の位置に合わせて光偏向要素２８を規則的に配列しても良い。
このとき、光源４１の真上の領域には、光伝搬層２３の厚みＴが最も薄く設定できる光偏向要素２８を配置することが望ましい。
結果として光源４１の真上の領域の拡散性能を高めることが出来るため、輝度ムラをより低減することが可能となる。
光偏向要素２８のピッチＰは適宜決定できるが、光偏向要素２８のピッチＰが大きいほど、光伝搬層２３の厚さＴも厚くなるため、現実的には１０μｍ以上３００μｍ以下、望ましくは１０μｍ以上２００μｍ以下であることが求められる。

光偏向要素２８は、光伝搬層２３の観察者側Ｆと反対側の面２３ａに、ＵＶ硬化樹脂などのような電子線硬化樹脂を用いて成形することができる。
たとえば、拡散基材２６と光伝搬層２３とを押出法等により一体で板状部材として成形して、光伝搬層２３の観察者側Ｆと反対側の面２３ａに光偏向要素２８をＵＶ成形することができる。
さらにまた、光伝搬層２３を押出法や射出成形法等により板状部材として成形して、これを拡散基材２６と一体化する前／後に、光伝搬層２３の観察者側Ｆと反対側の面２３ａに光偏向要素２８をＵＶ成形することができる。
また、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＣ（ポリカーボネート）、ＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）、ＣＯＰ（シクロオレフィンポリマー）、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て、射出成型法、あるいは熱プレス成型法によって光偏向要素２８を形成することもできる。
また、同様に作製したシート材の表面に、光偏向要素２８を、放射線硬化樹脂を用いて成形することもできる。

本発明の光学素子２４は押出成形で作製することができる。
また図８（ａ）に示されるように光学素子２４と拡散基材２６とを多層押出等により一体で成形してもよい。
一方で図８（ｂ）に示されるように、シート状に成形した後、光伝搬層２３の観察者側Ｆとは反対側の面２３ａに、ラミネート等により固定層２０によって貼合することもできる。
この場合、シート状に成形した光偏向要素２８に紫外線吸収材を含有させることが好ましい。シート状に成形した光偏向要素２８に紫外線吸収材を含有させることで、固定層２０の紫外線劣化による剥れを防ぐことができる。

ここで固定層２０は、粘着剤、接着剤を用いて形成する。
粘着剤、接着剤には、ウレタン系、アクリル系、ゴム系、シリコーン系、ビニル系の樹脂等を用いることができる。また、粘着剤、接着剤には、１液型で押圧して接着するもの、熱や光で硬化させるものを用いることができ、２液、もしくは複数の液を混合して硬化させるものを用いることができる。
さらに、固定層２０内にフィラーを分散してもよい。固定層２０内にフィラーを分散することで、接合層の弾性率を増加することが可能となる。
固定層２０の形成方法において、光伝搬層２３と光偏向要素２８とが接合される接合面へ直接塗布する方法や、あらかじめドライフィルムとして準備したものを貼り合わせる方法がある。固定層２０をドライフィルムとして準備した場合、製造工程上、簡易的に扱うことが可能となるため好ましい。

また固定層２０は反り防止作用があることが望ましい。
固定層２０の熱線膨張係数を、拡散基材２６の熱線膨張係数とほぼ同じになるように合せ込むことで、光均一素子２５自体の反りを防止することができる。
さらにまた、シート状に成形した光偏向要素２８の熱線膨張係数を、拡散基材２６の熱線膨張係数とほぼ同じになるように合せ込むことで、光均一デバイス（光均一素子）２５自体の反りを防止することができる。
シート状に成形した光偏向要素２８の厚みは１０μｍ〜１ｍｍであることが望ましい。更には２５μｍ〜５００μｍであることが望ましい。シート状に成形した光偏向要素２８の厚みが薄すぎると皺等が発生し、厚すぎると光伝搬層２３との貼合が容易ではなくなるためである。
ここで、シート状に成形した光偏向要素２８の基材領域を光伝搬層２３とみなすことができる。したがって厚いシート状に光偏向要素２８を成形することで、光伝搬層２３の厚みを薄くすることができる。また、シート状に成形した光偏向要素２８を直接拡散基材２６に貼り合わせることも可能となる。

上述したように、光偏向要素２８によって、光源４１から入射する強い正面光Ｈの進行方向を偏向し、光伝搬層２３が偏向された入射光を拡げ、拡散基材２６において拡散されて、均一な光を観察者側Ｆへ射出することが可能となる。
そして、さらに光偏向要素２８に光を拡散する機能を有する物質を添加させることで、光源４１から入射する強い正面光Ｈの進行方向を偏向させると同時に、光偏向要素２８内部の光拡散物質によって正面光Ｈをより拡散させて均一化させることにより、光伝搬層２３により均一化された光を導くことが可能となり、画面表示側に輝度ムラのない均一な光を射出することが可能となる。
また、光を拡散あるいは散乱させる物質としては、シリコーン系樹脂、アクリル系樹脂、スチレン系樹脂、メラミン系樹脂、ケイ素系樹脂に代表される高分子系材料、シリカ系や炭酸カルシウム、酸化チタン、酸化マグネシウム、硫酸バリウム、アルミナ、等に代表される無機系材料が挙げられる。これらの材料は、単独または併用して用いることが出来る。

光を拡散あるいは散乱させる物質のサイズは、平均となる粒径が０．１μｍから１００μｍが望ましく、同サイズのみを使用することも可能であり、異なるサイズの物質を併用して用いることも出来る。
また、光を拡散あるいは散乱させる物質の形状としては、真球状、球状、楕円状、針状を一例として挙げることが出来る。さらには、不定形状や中空構造を有する材料を用いることが出来る。なお、物質の形状に依存するが、平均粒径が０．１μｍより小さい場合は、光を拡散または散乱させる効果が低くなり、必要とする光源のイメージを消す効果が得られない。また、平均粒径が１００μｍより大きい場合は、添加時における分散性が低下することで均一な光の分散が低下することや光の透過率が大幅に低下すること、さらには、大きな凝集物が発生することがあり、これが輝点あるいは暗点として視認される問題が生じる可能性が高くなる。
また、光偏向要素２８表面に粒径の大きな拡散材料が露出すると、光源のイメージを消すための光偏向要素２８の偏向性を阻害させる要因ともなる。光偏向要素２８を成型加工する際においても、光を拡散あるいは散乱させる物質の分散性が低下することにより、光偏向要素２８を構成する材料の粘性を始めとする物性の均一性を低下させ、これが光偏向要素２８の成型加工性の低下を引き起こす要因となり得る。以上のことから、光を拡散あるいは散乱させる物質のサイズは、上記の範囲内であることが望ましい。

光偏向要素２８に適用する光拡散または散乱材料の含有量は、用いる材料のサイズ、形状によって異なってくるが、好ましい含有量としては、０．０１重量％から３０重量％の範囲を挙げることが出来る。
さらには、０．０１重量％から２０重量％が特に好ましい。この含有量においては、物質の形状に依存するが、０．０１重量％より低い場合は、光を拡散または散乱させる効果が低くなり、必要とする光源のイメージを消す効果が得られない。また、３０重量％より高い場合は、添加時における分散性が低下することで均一な光の分散が低下することや光の透過率が大幅に低下すること、さらには、拡散材料同士が集まった大きな凝集物が発生することがあり、これが輝点あるいは暗点として視認される問題が生じる可能性が高くなる。
また、光偏向要素２８表面に拡散材料が多数露出すると、光源のイメージを消すための光偏向要素２８の偏向性を阻害させる要因ともなる。光偏向要素２８を成型加工する際においても、光を拡散あるいは散乱させる物質の分散性が低下することにより、光偏向要素２８を構成する材料の粘性を始めとする物性の均一性を低下させ、これが光偏向要素２８の成型加工性の低下を引き起こす要因となり得る。以上のことから、光を拡散あるいは散乱させる物質のサイズは、上記の範囲内であることが望ましい。

光偏向要素２８の表面に、さらに微細な凹凸を有していても良い。微細な凹凸が、光偏向要素２８による偏向効果を更に高めることができる。このとき、表面粗さＲａは、０．１μｍ〜１０μｍの範囲であることが望ましい。０．１μｍを下回る凹凸構造では偏向効果は得難く、また１０μｍを超える凹凸構造はそれ自体が光偏向要素２８となる。
微細な凹凸の形成方法としては、例えば光偏向要素２８自身、又は成形用金型の表面を、エッチングやサンドブラストなどによって荒らす方法、または光偏向要素２８の成形用金型に、更に微細な凹凸形状を切削する等の方法が挙げられる。また、光偏向要素２８は、入射光Ｈを偏向させるものであれば、上述のようなレンズ形状でなくても良い。

光伝搬層２３に用いられる材料は、熱可塑性樹脂からなる透明樹脂が好ましく、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、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挙げることができる。また、光伝搬層２３は、少なくとも１軸方向に延伸されていてもよい。

光を伝搬して均一化させる役割を担う光伝搬層２３に光を拡散する機能を有する物質を添加させた場合、光の伝搬による効果に光を拡散散乱させる効果が加わり、より光を均一化させることが出来る。
光を拡散あるいは散乱させる物質としては、シリコーン系樹脂、アクリル系樹脂、スチレン系樹脂、メラミン系樹脂、ケイ素系樹脂に代表される高分子系材料、シリカ系や炭酸カルシウム、酸化チタン、酸化マグネシウム、硫酸バリウム、アルミナ、等に代表される無機系材料が挙げられる。これらの材料は、単独または併用して用いることが出来る。
光を拡散あるいは散乱させる物質のサイズは、平均となる粒径が０．１μｍから１００μｍが望ましく、同サイズのみを使用することも可能であり、異なるサイズの物質を併用して用いることも出来る。また、光を拡散あるいは散乱させる物質の形状としては、真球状、球状、楕円状、針状を一例として挙げることが出来る。さらには、不定形状や中空構造を有する材料を用いることが出来る。なお、物質の形状に依存するが、平均粒径が０．１μｍより小さい場合は、光を拡散または散乱させる効果が低くなり、必要とする光源のイメージを消すための光伝搬性効果の向上が得られない。また、平均粒径が１００μｍより大きい場合は、添加時における分散性が低下することで光の伝搬性を大幅に阻害することや光の透過率が大幅に低下すること、さらには、大きな凝集物が発生することがあり、これが輝点あるいは暗点として視認される問題が生じる可能性が高くなる。光伝搬層２３を成型加工する際においても、光を拡散あるいは散乱させる物質の分散性が低下することにより、光伝搬層２３を構成する材料の粘性や流動性を始めとする物性の均一性を低下させ、これが光伝搬層２３の成型加工性の低下及び光伝搬層の厚みのバラつきを大きくする要因となり得る。以上のことから、光を拡散あるいは散乱させる物質のサイズは、上記の範囲内であることが望ましい。

光伝搬層２３に適用する光拡散または散乱材料の添加量は、観察者側Ｆへ出射させる光の輝度を低下させることがない範囲であることが望ましい。
そのため、光拡散または散乱材料の添加量としては、使用する材料のサイズ、形状によって異なってくるが、好ましい添加量としては、０．００１重量％から１０重量％の範囲を挙げることが出来る。さらには、０．００１重量％から１重量％が特に好ましい。この含有量においては、物質の形状に依存するが、０．００１重量％より低い場合は、光を拡散または散乱させる効果が低くなり、必要とする光源のイメージを消すための光伝搬性効果の向上が得られない。また、１０重量％より高い場合は、添加時における分散性が低下することで均一な光の分散が低下することや光の透過率が大幅に低下すること、さらには、拡散材料同士が集まった大きな凝集物が発生することがあり、これが輝点あるいは暗点として視認される問題が生じる可能性が高くなる。光伝搬層２３を成型加工する際においても、光を拡散あるいは散乱させる物質の分散性が低下することにより、光伝搬層２３を構成する材料の粘性や流動性を始めとする物性の均一性を低下させ、これが光伝搬層２３の成型加工性の低下及び光伝搬層の厚みのバラつきを大きくする要因となり得る。以上のことから、光を拡散あるいは散乱させる物質のサイズは、上記の範囲内であることが望ましい。

光伝搬層２３は、少なくとも２層以上の多層構造とすることができる。このとき、光偏向要素２８側の層２３Ａの屈折率をｎ１、拡散基材２６側の層２３Ｂの屈折率をｎ２、光偏向要素２８の屈折率をｎ０としたとき、数式３を満たすことが望ましい。

数式３について、図９（ａ）を用いて説明する。
光Ｈが光偏向要素２８に入射すると、空気の屈折率と光偏向レンズ２８の屈折率ｎ０とにより光Ｈは偏向される。このとき光偏向要素２８の屈折率ｎ０が大きいほど屈折角は大きくなるため、光偏向要素２８の屈折率ｎ０は大きい方が望ましい。
図９（ａ）においては、光偏向要素２８、光伝搬層２３の光偏向要素２８側の層２３Ａ、及び光伝搬層２３の拡散基材２６側の層２３Ｂのそれぞれの界面において、光が光源４１側から観察者側Ｆに進むにあたり、界面での屈折率が高くなる場合を２点鎖線、屈折率が変わらない場合を点線、屈折率が低くなる場合を実線で表している。例えば、光偏向要素２８により偏向された光が光伝搬層２３に入射する際、ｎ０＞ｎ１、すなわち屈折率が低くなる場合、実線で図示される方向へ偏向する。偏向された光と光伝搬層２３の観察者側Ｆとは反対側の面２３ａとのなす角度が小さくなるため、拡散性能は向上する。

逆に、ｎ０＜ｎ１、すなわち屈折率が高くなる場合、２点鎖線で図示される方向へと偏向される。偏向された光と光伝搬層２３の観察者側Ｆと反対側の面２３ａとのなす角度が大きくなるため、拡散性能は低下する。同様に、光伝搬層２３の光偏向要素２８側の層２３Ａと光伝搬層２３の拡散基材２６側の層２３Ｂとの界面においても、ｎ１＞ｎ２、すなわち屈折率が低くなる場合、拡散性能は向上することとなる。
従って、光偏向要素２８の屈折率ｎ０と光伝搬層２３の光偏向要素２８側の層２３Ａの屈折率ｎ１とは、等しいか又は光偏向要素２８の屈折率ｎ０の方が大きいことが望ましく、光伝搬層２３の光偏向要素２８側の層２３Ａの屈折率ｎ１と光伝搬層２３の拡散基材２６側の層２３Ｂの屈折率ｎ２とでは、等しいか又は光伝搬層２３の光偏向要素２８側の層２３Ａの屈折率ｎ１の方が大きいことが望ましい。

ここで、光伝搬層２３の光偏向要素２８側の層２３Ａの厚さより、光伝搬層２３の拡散基材２６側の層２３Ｂの厚さの方が厚いことがより望ましい。光伝搬層２３の拡散基材２６側の層２３Ｂ内で光を大きく拡げることが可能となるためである。更には、図９（ｂ）に示すように、光偏向要素２８の単位レンズの両端に入射した光が偏向して交差する点が、光伝搬層２３の光偏向要素２８側の層２３Ａに位置することが望ましい。
また、光伝搬層２３が少なくとも２層以上の多層構成である場合には、光偏向要素２８の最遠交点αが光偏向要素２８の光射出面（すなわち光伝搬層２３の観察者側Ｆと反対側の面２３ａ）と接する層内に含まれることが良い。これにより、光伝搬層２３内の光偏向要素２８に近い点に最遠交点があるため、大きく光を拡散することができる。

上述の光伝搬層２３は、屈折率の異なる複数の層を多層押出法等により成形することができる。また、押出法や射出成形法によって成形した光伝搬層２３に、該光伝搬層２３よりも屈折率の高い材料を用いて光偏向要素２８をシート状に成形し、ラミネート法等により貼合することでも実現することが出来る。

光伝搬層２３は多層構成とすることで、反りを防止することが出来る。この場合、最も観察者側から離れた層の熱線膨張係数を、拡散基材２６の熱線膨張係数とほぼ同じ程度に合せ込むことで、光学素子２４、光均一素子２５の反りを防止することができる。また、光伝搬層２３の厚さを調整することによっても光学素子２４、光均一素子２５の反りを防止できる。

拡散基材２６は、全光線透過率が３０％〜８０％であることが好ましい。全光線透過率が３０％未満の場合には、観察者側Ｆへの出射光の輝度低下を生じさせるので好ましくなく、逆に、全光線透過率が８０％を超える場合には、拡散性能が不十分となり、面内輝度の均一性が悪化するため好ましくない。
また、拡散基材２６は、ヘイズ値が９５％以上であることが好ましい。ヘイズ値が９５％未満の場合は、拡散性能が不十分となり、面内輝度の均一性が悪化するため好ましくない。

拡散基材２６は、透明樹脂に光拡散領域が分散されて形成されている。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。

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。
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。

光拡散領域として光拡散粒子を用いた場合には、拡散基材２６の厚さが０．１〜５ｍｍであることが好ましい。拡散基材２６の厚みが０．１〜５ｍｍである場合には、最適な拡散性能と輝度を得ることができる。逆に、０．１ｍｍ未満の場合には、拡散性能が足りず、５ｍｍを超える場合には、樹脂量が多いため吸収による輝度低下が生じる。

光均一素子２５は、拡散基材２６と光伝搬層２３と光偏向要素２８とを多層押出法により一体成形して形成することが製造工程上好ましい。また、光均一素子２５は、少なくとも１軸方向に延伸されていてもよい。多層押出法を用いることにより、製造工程を簡略化・効率化することができるとともに、製造コストを下げることができる。

光均一素子２５は、拡散基材２６と光伝搬層２３をそれぞれ別々に押出法、射出成形等により形成した後に、接着材又は粘着材により一体化して形成しても良い。たとえば、接着材又は粘着材としては、一般的に用いられるラミネートなどを用いて拡散基材２６と光伝搬層２３を貼り合せることができる。

本発明の光均一素子２５は、拡散基材２６の観察者側Ｆの面２６ｂに凹凸形状を備えることができる。
図１０に示されるように、光均一素子２５の射出面２６ｂに凹凸形状が付与されることで、拡散基材２６の観察者側Ｆの面２６ｂが略平坦である場合と比べて、様々な角度の射出面が形成されるため、より広い範囲へ光を射出することができるため、拡散性能が向上しランプイメージが低減／消滅する。
観察者側に付与する凹凸形状としては、光拡散レンズ２１が挙げられる。光拡散レンズ２１としては、図１１（ａ）のような三角プリズム形状が望ましい。レンズ成形が容易であり、射出光の方向を容易に制御することができるためである。また、図１１（ｂ）のような凸湾曲レンズ形状が望ましい。射出面を様々な角度に設定できるため、拡散性能が向上するためである。凸湾曲レンズ形状としては、図１１（ｃ）のような非球面形状であることが更に望ましい。頂部の曲率半径が小さくできるため、拡散性能が増すためである。さらに光拡散レンズ２１としては、図１１（ｄ）のような湾曲三角プリズムであることが望ましい。拡散基材２６の観察者側の面２６ｂと平行な面がないため、また、射出面を様々な角度に設定できるため、拡散性能が向上する。
また、光拡散レンズ２１は上記レンズ形状を複数組み合わせることができる。例えば図１１（ｅ）に示されるように、凸湾曲レンズの上に三角プリズムを組み合わせたような形状でも良い。２つ以上のレンズ形状による拡散効果により、更に拡散性能が増すためである。この他、光偏向要素２８として挙げられたレンズ形状でも良い。
光拡散レンズ２１は上述のレンズ等を適宜複数組み合わせて配列しても良い。例えば光源４１の真上にあたる領域は拡散性能の高い拡散レンズ２１を配置し、光源４１と光源４１との間には、拡散性能の低い拡散レンズ２１を配置することもできる。

しかしながら、拡散基材２６の表面に拡散レンズ２１を配置する場合、光学部材２として例えばレンズシート２を配置した場合、拡散レンズ２１とレンズシート２とでモアレ干渉縞が生じる場合がある。そのため、拡散レンズ２１の周期構造とレンズシート２のレンズの周期構造とを、モアレ干渉縞が生じないピッチに合わせ込むか、角度をつける、またはさらに光学部材２として拡散フィルムをのせるなどの方法が挙げられる。
光学部材２として拡散フィルム、または偏向分離反射シート等、周期構造のない部材を配置する場合には、上述のような問題は生じない。

本発明の光均一素子は、射出面、すなわち拡散基材２６の観察者側Ｆの面２６ｂが略平坦であることが望ましい。その理由について図１２を用いて説明する。

図１２は、本発明の光学シート、バックライトユニットおよびディスプレイ装置の一例を示す断面模式図である。
光学シート５２は、光学フィルム１と本発明の光均一デバイス２５とが固定層２０によって一体積層されている。光学フィルム１は、光透過基材１７と集光レンズ１６とからなり、光透過基材１７の観察者側の面１７ｂには複数の集光レンズ１６が一定のピッチで配列されている。集光レンズ１６を、光透過基材１７の観察者側の面１７ｂに形成することにより、光均一素子２５を通過してきた光を観察者側Ｆに集光させて、観察者側Ｆの輝度を向上させることができる。

光透過基材１７の観察者側Ｆと反対側の面１７ａは略平坦な面とされており、複数の光マスク２２が形成され、さらに固定層２０を介して光均一素子２５が接合されている。光透過基材１７の材料としては、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂などを用いることができ、光均一素子２５に用いた材料を用いてもよい。光均一素子２５に用いた材料を接合することで、反りの発生を抑制することができる。

なお、一つの部材の一面と他面にそれぞれ単位レンズを形成した場合には、モアレ干渉縞が生ずる場合があるが、本発明の光学シート５２は、集光レンズ１６と光偏向要素２８との間に拡散基材２６が挿入される構成であるため、モアレ干渉縞を防ぐことができる。
ここで、集光レンズ１６と拡散基材２６との間には拡散要素がないため、また、光学フィルム１をムラなく拡散基材２６の観察者側Ｆの面２６ｂに貼合するために、拡散基材２６の観察者側の面２６ｂは略平坦であることが望ましい。

集光レンズ１６の形状は凸曲面形状であり、弧状表面を有する第三頂部１６ａと、第三頂部１６ａから光透過基材へ至る第三傾斜面１６ｂとを有している。また、集光レンズ１６は、第三頂部１６ａに行くに従い、隣り合う第三傾斜面１６ｂの間の距離が次第に減少するように形成されている。さらにまた、集光レンズ１６は、谷部１３により離間されて一定のピッチで形成されている。

光学フィルム１と光均一素子２５との間には、複数の光マスク２２と、光マスク２２を離間する光透過用開口部（空気層）１００とが設けられている。光マスク２２および空気層１５のピッチは、集光レンズ１６のピッチとほぼ同じピッチとされている。光マスク２２の位置は、谷部１３の位置に対応する位置に形成されている。そのため、空気層１００の位置は、集光レンズ１６の第三頂部１６ａに対応する位置に設けられている。

光マスク２２は、遮光性の高い材料から構成されるとともに、観察者側Ｆの面１７ｂ上に形成された集光レンズ１６を離間する谷部１３の位置と対応する位置に形成されるので、光学フィルム１に入射される光の大部分は、光マスク２２を離間して形成される空気層１００を通り、集光レンズ１６に入射するため、光均一素子２５を通過してきた光を効率よく正面方向（観察者側）Ｆへ出射する。

ここで、光マスク２２は、たとえば金属材料や白色反射材などの光反射性部材から構成することができる。この場合、光マスク２２により反射された光は、光均一素子２５を構成する拡散基材２６に戻されて、拡散基材２６で再び光拡散された後、一部は再び光学フィルム１へ入射し、一部は光均一素子２５から光源側へ射出され、ランプハウスを構成する反射板にて反射された後、光均一素子に再入射、さらに拡散されて光学フィルム１へと再入射する。この工程が繰り返されることにより、光源４１からの光の大部分を観察者側Ｆへ出射させることができる。
光マスク２２を光反射性部材で構成した場合、その反射率は８０％以上であることが望ましい。反射率が８０％以上であれば、光学フィルム１に入射する光の大部分を、空気層１００から集光レンズ１６へ入射することができるため、観察者側Ｆの輝度が上昇する。反射率が８０％を下回ると、光マスク２２を透過する光が増大し、非効率な光が集光レンズ１６に入射する量が増大するため、観察者側Ｆの輝度低下を引き起こすためである。

光学フィルム１の作製方法としては、例えばセルフアライメントによる方法が挙げられる。光透過基材１７の観察者側の面１７ｂに集光レンズ１６を成形し、光透過基材１７の観察者側Ｆとは反対側の面１７ａには、感光性接着樹脂を貼りあわせる。集光レンズ１６側からＵＶ光を照射することで、集光レンズ１６の第三頂部１６ａに対応する位置の感光性接着樹脂が露光されることで硬化し接着性を失う。その後、光マスク２２を転写することで、集光レンズ１６の谷部１３に対応する位置に光マスク２２を形成することができる。

上述のように作製した光学フィルム１を固定層２０によって光均一素子２５にラミネート等により貼り合わせることで、光学シート５２は作製される。このとき、空気層１００が保たれるよう、固定層２０の材料を適宜選択する。

固定層２０は、粘着剤、接着剤を用いて形成する。粘着剤、接着剤には、ウレタン系、アクリル系、ゴム系、シリコーン系、ビニル系の樹脂等を用いることができる。また、粘着剤、接着剤には、１液型で押圧して接着するもの、熱や光で硬化させるものを用いることができ、２液、もしくは複数の液を混合して硬化させるものを用いることができる。
さらに、固定層２０内にフィラーを分散してもよい。固定層２０内にフィラーを分散することで、固定層２０の弾性率を増加することが可能となる。固定層２０の弾性率を増加した場合、光学フィルム1と光均一素子２５とを一体化する際に、固定層２０が空気層１００の領域内に侵入しないため、空気層１００を保持することが容易となる。
固定層２０の形成方法において、接合面へ直接塗布する方法や、予めドライフィルムとして準備したものを貼り合わせる方法がある。固定層２０をドライフィルムとして準備した場合、製造工程上、簡易的に扱うことが可能となるため好ましい。

しかしながら、光学フィルム１を構成する光透過基材１７をＰＥＴに代表される延伸フィルムを使用した場合、光源４１から発せられる熱によって、光学シート５２が光源４１側に凸となる形状に反る場合がある。このとき、２層以上の多層構成とされる光伝搬層２３の光偏向要素２８側の層２３Ａの材料を反り防止層とすることができる。すなわち、熱によって光伝搬層２３の光偏向要素２８側の層２３Ａが、光学シート５２を光源側に凹となる形状に反るモーメントを発生させることで、それぞれのモーメントをキャンセルし、反りを防止することができる。例えば光偏向要素２８を光透過基材１７と同材料上に成形し、固定層２０によって光伝搬層２３の観察者側Ｆとは反対側の面２３ａに貼合することで、反りを防止することができる。

本発明の実施形態であるディスプレイ装置７０は、先に記載の光学シート５２により集光・拡散特性を向上させた光Ｋを利用する構成なので、観察者側Ｆの輝度を向上させ、光強度の視角方向の分布を滑らかにするとともに、ランプイメージを低減した画像を画像表示素子３５に表示することができる。

本発明の実施形態であるディスプレイ装置７０は、画素単位での透過／遮光に応じて表示画像を規定する画像表示素子３５で、先に記載のバックライトユニット５５により集光・拡散特性を向上させた光Ｋを利用する構成なので、観察者側Ｆの輝度を向上させ、光強度の視角方向の分布を滑らかにするとともに、ランプイメージを低減した画像を得ることができる。

本発明の実施形態であるディスプレイ装置７０は、画像表示素子３５が液晶表示素子であり、先に記載のバックライトユニット５５により集光・拡散特性を向上させた光Ｋを利用する構成なので、観察者側Ｆの輝度を向上させ、光強度の視角方向の分布を滑らかにするとともに、ランプイメージを低減した画像を得ることができる。

以下、本発明を実施例に基づいて詳細に説明する。尚、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）
以下、本発明の光均一素子２５、及び光学シート５２を用いたディスプレイ装置７０について、実施例においてその光学特性について述べる。

光偏向要素２８として凸レンチキュラーレンズを用意した。凸レンチキュラーレンズのピッチＰを１００μｍ、光伝搬層２３と凸レンチキュラーレンズとの接合点３０における接線ｍと、光伝搬層２３の観察者側と反対側の面２３ａとのなす角θが６５度、凸レンチキュラーレンズの高さを４５μｍと設定した。また、光偏向レンズ２８、光伝搬層２３、及び拡散基材２６の材料は、全てポリカーボネイト（屈折率＝１．５９）とした。
光偏向レンズ２８には、光拡散材として平均粒径が４μｍのシリコーン系フィラーを５重量％加えた。光伝搬層２３は、光拡散材として平均粒径が６μｍ及び２０μｍのシリコーン系フィラーを計０．５重量％加えた。拡散基材２６は、樹脂フィラーを適量含有させることで、全光線透過率を６０％、ヘイズ値を９９％とし、厚みを１．５ｍｍとした。

（実施例１）
上記設定された光均一素子２５において、光偏向レンズ２８および光伝搬層２３に光拡散材を加え、光伝搬層２３の厚みを５００μｍに設定して光均一素子２５を作製した。

（実施例２）
上記設定された光均一素子２５において、光偏向レンズ２８には光拡散材を加えず、光伝搬層２３の厚みを５００μｍに設定して光均一素子２５を作製した。

（実施例３）
上記設定された光均一素子２５において、光伝搬層２３には光拡散材を加えず、その厚みを５００μｍに設定して光均一素子２５を作製した。

（実施例４）
上記設定された光均一素子２５において、光偏向レンズ２８および光伝搬層２３に光拡散材を加えず、その厚みを５００μｍに設定して光均一素子２５を作製した。

上記通り作製した光均一素子２５の観察者側Ｆの面上に、拡散フィルム、９０度三角プリズムシート、拡散フィルムの順番で重ねて配置した。これらを、ＣＣＦＬ間隔が３８ｍｍ、ＣＣＦＬと光均一素子２５との距離が１５ｍｍとなるバックライト５６に配置し、バックライト５６の観察者側Ｆに液晶パネル３５を配置することで、ディスプレイ装置７０が得られた。

次に、上記作製した実施例１から３の光均一素子２５の観察者側Ｆ面に、７５μｍＰＥＴ基材上に１５０μｍピッチで集光レンズ１６を配置し、光マスク２２の領域が集光レンズ１６のピッチの５０％となるよう形成した光学フィルム１を粘着材により一体積層して、光学シート５２が得られた。

（実施例５）
上記設定された光均一素子２５において、光偏向レンズ２８および光伝搬層２３に光拡散材を加え、光伝搬層２３の厚みを５００μｍに設定して上記光学フィルム１と一体化させた光均一素子２５を作製した。

（実施例６）
上記設定された光均一素子２５において、光偏向レンズ２８には光拡散材を加えず、光伝搬層２３の厚みを５００μｍに設定して上記光学フィルム１と一体化させた光均一素子２５を作製した。

（実施例７）
上記設定された光均一素子２５において、光伝搬層２３には光拡散材を加えず、その厚みを５００μｍに設定して上記光学フィルム１と一体化させた光均一素子２５を作製した。

（実施例８）
上記設定された光均一素子２５において、光偏向レンズ２８および光伝搬層２３に光拡散材を加えず、その厚みを５００μｍに設定して上記光学フィルム１と一体化させた光均一素子２５を作製した。

上記通り作製した実施例４〜６サンプルを、ＣＣＦＬ間隔が３８ｍｍ、ＣＣＦＬと光均一素子２５との距離が１５ｍｍとなるバックライト５６に配置し、バックライト５６の観察者側Ｆに液晶パネル３５を配置することで、ディスプレイ装置７０が得られた。

（光学評価）
本実施例、及び比較例のディスプレイ装置を以下の測定方法により評価した。
（正面輝度評価）
ディスプレイ装置７０を全白表示とし、画面中心部を分光放射輝度計（ＳＲ−３Ａ：トプコンテクノハウス社製）にて測定した。
（輝度ムラ評価）
ディスプレイ装置７０を全白表示とし、画面全体を輝度ムラ測定機（ＰｒｏＭｅｔｒｉｃ１２００：Ｒａｄｉａｎｔ Ｉｍａｇｉｎｇ社製）にて測定、複数の冷陰極管の並びに対して垂直方向の輝度分布データにより解析を行った。なお、輝度分布は冷陰極管に対応した波型の分布が得られるので、中心の５本分の冷陰極管に相当する輝度データを抽出して平均輝度を算出した後、平均輝度に対する輝度変化（％）を算出した。この輝度変化の標準偏差σが１％以内であれば、光学シートの拡散性が良好と判定した。

表１に本実施例、及び比較例の測定結果を表に示す。

実施例１は、輝度の低下もなく、光源イメージが最もよく消えた。
実施例２は、輝度の低下もなく、光源イメージも消えたが、実施例１よりやや劣った。
実施例３は、輝度の低下もなく、光源イメージも消えたが、実施例１よりやや劣った。
実施例４は、輝度の低下もなく、光源イメージも消えたが、実施例１より劣った。
実施例５は、輝度の低下もなく、光源イメージが最もよく消えた。
実施例６は、輝度の低下もなく、光源イメージも消えたが、実施例４よりやや劣った。
実施例７は、輝度の低下もなく、光源イメージも消えたが、実施例４よりやや劣った。
実施例８は、輝度の低下もなく、光源イメージも消えたが、実施例４より劣った。
以上のことから、光偏向要素と光伝搬層に光拡散性を付与させることで、同じ構成において輝度の低下を招くことなく、光源のイメージを消す効果が向上することが明らかとなった。

本発明の実施形態であるディスプレイ装置の断面模式図である。 （ａ）本発明の実施形態である光均一素子の断面模式図である。（ｂ）数式１を説明する図である。（ｃ）数式２を説明する図である。 （ａ）光偏向要素のレンズ形状の一例を示す図である。（ｂ）光偏向要素のレンズ形状の一例を示す図である。（ｃ）光偏向要素のレンズ形状の一例を示す図である。（ｄ）光偏向要素のレンズ形状の一例を示す図である。（ｅ）光偏向要素のレンズ形状の一例を示す図である。（ｆ）光偏向要素のレンズ形状の一例を示す図である。 （ａ）光偏向要素のレンズ形状の一例を示す図である。（ｂ）光偏向要素のレンズ形状の一例を示す図である。（ｃ）光偏向要素の第一頂部に光拡散／反射層を形成した一例を示す図である。（ｄ）光偏向要素の凹部に光拡散／反射層を形成した一例を示す図である。 （ａ）光偏向要素が凹レンズの場合の数式１を説明する図である。（ｂ）光偏向要素が凹レンズの場合の数式２を説明する図である。 （ａ）光偏向要素のレンズ高さ・ピッチが一定でない場合を説明する図である。（ｂ）光偏向要素のレンズ高さ一定でない場合を説明する図である。（ｃ）光偏向要素のレンズ高さ・ピッチが一定である場合を説明する図である。 光偏向要素を光源とアライメントする際の一例を示す図である。 （ａ）光均一素子を一体成形した場合の形態を示す図である。（ｂ）光偏向要素をシート状に成形した場合の形態を示す図である。 （ａ）光伝搬層が多層構造である場合の光線を説明する図である。（ｂ）光伝搬層が多層構造である場合の光線を説明する図である。 （ａ）光均一素子の射出面に凹凸が賦形された効果を説明する図である。（ｂ）光均一素子の射出面が平坦である場合を説明する図である。 （ａ）光拡散レンズのレンズ形状の一例を示す図である。（ｂ）光拡散レンズのレンズ形状の一例を示す図である。（ｃ）光拡散レンズのレンズ形状の一例を示す図である。（ｄ）光拡散レンズのレンズ形状の一例を示す図である。（ｅ）光拡散レンズのレンズ形状の一例を示す図である。 （ａ）本発明の実施形態であるディスプレイ装置の断面模式図である。（ｂ）本発明の実施形態であるディスプレイ装置の断面模式図である。

Ｈ、Ｋ…光、Ｐ…光偏向要素ピッチ、ｐ１…光偏向要素第一傾斜面ピッチ、ｍ…接線、Ｔ…光伝搬層の厚さ、θ…光伝搬層の一面と接線ｍがなす角度、θ１、θ２、θ３…光偏向要素の各点における接線と光伝搬層の一面とがなす角度、ｎ…光伝搬層の屈折率、ｎ０…光偏向要素の屈折率、ｎ１…光伝搬層の第１層の屈折率、ｎ２…光伝搬層の第２層の屈折率、Ｆ、Ｆ’…観察者側、Ｘ…平面視方向、Ｖｅ…画像表示装置垂直方向、Ｈｏ…画像表示装置水平方向、θ４１…レンチキュラー型レンズの軸方向ｊが線状光源の軸方向ｋとなす角度、Δ…光拡散／反射層回り込み量、α…最遠交点、１…光学フィルム、２…光学部材、１３…谷部、１６…集光レンズ、１６ａ…第三頂部、１６ｂ…第三傾斜面、１７…光透過基材、１７ａ…観察者と反対側の面、１７ｂ…観察者側の面（平坦面）、２０…固定層、２１…光拡散レンズ、２１ａ…第二頂部、２１ｂ…第二傾斜面、２２…光マスク、２３…光伝搬層、２３ａ…観察者と反対側の面、２３ｂ…観察者側の面、２３Ａ…光伝搬層の光偏向要素側の層、２３Ｂ…光伝搬層の拡散基材側の層、２４…光学素子、２５…光均一素子、２６…拡散基材、２６ａ…観察者と反対側の面、２６ｂ…観察者側の面、２８…光偏向要素、２８ａ…第一頂部、２８ｂ…第一傾斜面、３０…接合点、３１、３３…偏光板、３２…液晶パネル、３５…画像表示素子、４１…光源、４３…反射板（反射フィルム）、４５…バックライト部、５２…光学シート、５５、５６…バックライトユニット、７０、７２…ディスプレイ装置、１００…空気層。

Claims (22)

1. 光偏向要素と、前記光偏向要素の光射出面側に配置された光伝搬層を有する光学素子において、
   前記光偏向要素または光伝搬層、あるいは前記光偏向要素及び光伝搬層に光を拡散する機能を有する物質を含み、
   光源からの光を前記光偏向要素の光入射面から入射し前記光伝搬層の光射出面から拡散光を射出し、
   前記物質の平均粒径が０．１μｍから１００μｍの範囲内である微粒子から選ばれ、
   前記光偏向要素が少なくとも１種以上の凹凸形状を有する光偏向レンズであり、
   前記光偏向レンズが一次元に配列された単位レンズからなり、各々の前記単位レンズの最もレンズ頂点から離れた点で集光する点である最遠交点が、前記光伝搬層内に含まれる、
   ことを特徴とする光学素子。
2. 請求項１に記載の光学素子において、前記物質の含有濃度が、０．００１重量％から３０重量％の範囲から選ばれることを特徴とする光学素子。
3. 前記光伝搬層が少なくとも１層以上の層から構成されることを特徴とする請求項１または２記載の光学素子。
4. 前記光伝搬層が少なくとも２層以上の異なる屈折率若しくは異なるヘイズ値を有する多層構成であることを特徴とする請求項１から３に何れか１項記載の光学素子。
5. 前記光偏向レンズは、弧状表面又は稜線を有する第一頂部と、第一頂部から前記光伝搬層の光入射面に至る第一傾斜部とを有し、前記光伝搬層の屈折率をｎとし、前記光偏向レンズのピッチをＰとし、前記第一傾斜面が前記光伝搬層に接合する接合点における前記第一傾斜面への接線が、前記光伝搬層の光入射面となす角をθとしたとき、前記光伝搬層の厚さＴが下記の数１を満たすことを特徴とする請求項１から４に何れか１項記載の光学素子。
   

   
6. 前記光偏向レンズの形状が、前記第一頂部と、前記第一傾斜部が湾曲してなる第一湾曲傾斜部を有する形状であり、前記第一湾曲傾斜部の各点における接線と、前記光伝搬層の光入射面側となす角が、２０度以上９０度以下で連続して変化していることを特徴とする請求項５に記載の光学素子。
7. 請求項６に記載の光学素子において、前記頂部が稜線を有することを特徴とする光学素子。
8. 前記光偏向要素と前記光伝搬層が多層押出法により一体成形されていることを特徴とする請求項１から７の何れか１項に記載の光学素子。
9. 請求項１から８に何れか１項記載の光学素子と、前記光学素子の前記光伝搬層の光出射面側に光拡散基材を有する構造をもつことを特徴とする光均一素子。
10. 光路制御用の光均一素子であって、
    前記光均一素子は、
    拡散基材と光伝搬層と光偏向要素からなり、
    前記拡散基材の光入射面側に光伝搬層が形成され、前記光伝搬層の光入射面側に前記光偏向要素が形成されており、
    前記拡散基材は、透明樹脂に光拡散領域が分散されてなり、
    全光線透過率が３０％〜８０％、ヘイズ値が９５％以上であり、
    前記光伝搬層は、全光線透過率が６０％以上、ヘイズ値が９５％以下であり、
    前記光偏向要素または光伝搬層、あるいは前記光偏向要素及び光伝搬層に光を拡散する機能を有する物質を含み、
    光源からの光を前記光偏向要素の光入射面から入射し前記光伝搬層の光射出面から拡散光を射出し、
    前記物質の平均粒径が０．１μｍから１００μｍの範囲内である微粒子から選ばれ、
    前記光偏向要素が少なくとも１種以上の凹凸形状を有する光偏向レンズであり、
    前記光偏向レンズが一次元に配列された単位レンズからなり、各々の前記単位レンズの最もレンズ頂点から離れた点で集光する点である最遠交点が、前記光伝搬層内に含まれる、
    ことを特徴とする光均一素子。
11. 前記拡散基材と前記光伝搬層と前記光偏向要素とが多層押出法により一体成形されていることを特徴とする請求項９または１０に記載の光均一素子。
12. 前記拡散基材と前記光伝搬層とが多層押出法により一体成形されており、前記光偏向要素がシート状に成形され、前記光偏向シートと前記光伝搬層とが固定層により積層されていることを特徴とする請求項９から１１の何れか1項に記載の光均一素子。
13. 前記拡散部材の光出射面側が、凹凸を有する光拡散レンズを有することを特徴とする請求項９から１２の何れか１項に記載の光均一素子。
14. 前記拡散基材の光出射面側が、略平坦であることを特徴とする請求項９から１３の何れか1項に記載の光均一素子。
15. 請求項９から１４の何れかに記載の光均一素子において、光拡散基材の光入射面側に光伝搬層面と光偏向要素が形成され、前記拡散基材の光出射面側に集光レンズと光透過基材から成る光学フィルムが設けられており、前記集光レンズは複数で一定のピッチで配列されて、前記集光レンズの形状が凸曲面形状であり、弧状表面を有する第三頂部と、前記第三頂部から前記光透過基材へ至る第三傾斜面とを有しており、前記第三頂部に行くに従い、隣り合う前記第三傾斜面の間の距離が次第に減少するように形成されていることを特徴とする光学シート。
16. 前記光学フィルムと前記光均一素子との間に、複数の光マスクと、前記光マスクを離間する光透過用開口部とが設けられており、前記光透過開口部が、前記集光レンズの前記第三頂部に対応して設けられ、前記光マスクを介して前記光学フィルムと前記光均一素子とが一体積層されていることを特徴とする請求項１５に記載の光学シート。
17. 前記光学フィルムと前記光均一素子との間にドット状または線状のリブが配列され、前記リブを介して前記光学フィルムと前記光均一素子とが一体積層されてなることを特徴とする請求項１５に記載の光学シート。
18. 請求項１から８の何れか１項に記載の光学素子と、少なくとも1種以上の光学部材と、光源と、を備えることを特徴とするバックライトユニット。
19. 請求項９から１４の何れか１項に記載の光均一素子と、光源と、を備えることを特徴とするバックライトユニット。
20. 請求項９から１４の何れか１項に記載の光学シートと、光源と、を備えることを特徴とするバックライトユニット。
21. 前記光源が線状光源であり、前記光偏向レンズの形状がレンチキュラー型であり、平面視したときに、前記レンチキュラー型レンズの長軸方向と前記線状光源の長軸方向とのなす角が２０度以下であることを特徴とする請求項１８から２０の何れか１項に記載のバックライトユニット。
22. 画素単位で光を透過／遮光して画像を表示する画像表示素子と、請求項１８から２０の何れか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ディスプレイ装置。

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