JPH06222207A

JPH06222207A - 光学用シート、面光源及び表示装置

Info

Publication number: JPH06222207A
Application number: JP5031289A
Authority: JP
Inventors: Michiko Takeuchi; 道子竹内; Noboru Masubuchi; 暢増淵
Original assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Current assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Priority date: 1993-01-26
Filing date: 1993-01-26
Publication date: 1994-08-12

Abstract

(57)【要約】【目的】消費電力や発熱量を増大させることなく、明
るい面発光が可能であり、拡散光を法線近傍の所定の角
度範囲に集光でき、しかも、全反射や再帰反射が起こら
ず高輝度化を可能とする。【構成】透光性基材１１の一方の面に三角柱からなる
プリズム形状の単位レンズ部１２−ｉを長軸方向が互い
に平行になるように多数形成したレンズ面１２を有し、
透光性基材１１の他方の面に平坦面１３を有する第１及
び第２のレンチキュラーレンズ（１０Ａ）からなり、第
１及び第２のレンチキュラーレンズは、単位レンズ部の
プリズム長軸が互いに平行であり、かつ、レンズ面が同
一側（１０Ａ，１０Ｂ）又は逆側（１０Ａ，１０Ｃ）に
なるように積層する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、三角プリズム型のレン
チキュラーレンズを組み合わせた光学用シート、その光
学用シートを用いた面光源及びその面光源をバックライ
トとして用いた透過型の表示装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】液晶表示装置として、直下型又はエッジ
ライト型の拡散面光源を用いたものが知られている（特
開平２−２８４１０２号、米国特許第４７２９０６７
号、特開昭６３−３１８００３号、実開平３−９２６０
１号等）。

【０００３】図２５は、エッジライト型の面光源の従来
例を示す図である。面光源１００Ａは、米国特許第４７
２９０６７号などに開示される仕様のものであり、透光
性基板１０１の一方の面に、光等方拡散性層１０２が形
成され、他方の面に反射層１０３が形成されており、側
面に点状又は線状の光源１０４が配置されたものであ
る。また、面光源１００Ｂは、特開昭６３−３１８００
３号などに開示される仕様のものであり、面光源１００
Ａの光等方拡散性層１０２の上に、さらに、頂角αが９
０度の三角柱プリズム型のレンチキュラーレンズ１０５
が積層されたものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】前者の面光源１００Ａ
は、光等方拡散性層１０２により均一かつ等方的な発光
が得られる。しかし、実用上不要な斜方向ないしは発光
（光放出）面の接線方向にまで光エネルギーが放出され
るので、真に必要な法線方向近傍（概ね、法線に対して
０度以上３０度〜９０度以下）に放出される光エネルギ
ーの損失が多くなり、エネルギー効率が悪いという問題
があった。

【０００５】一方、後者の面光源１００Ｂは、等方光拡
散性層１０２により等方拡散された光がレンチキュラー
レンズ１０５のプリズム作用によって偏向されるので、
法線方向近傍に光エネルギーが集中し、エネルギーの利
用効率が高く、低消費電力で高輝度化が可能である。し
かし、法線方向近傍の所定の角度範囲から一部の光が逸
脱する現象（透過光強度の角度分布におけるサイドロー
ブ）が発生し、斜方向に放出された光が近辺の作業者に
対して不要光（迷光，ノイズ光）となる、という問題が
あった。

【０００６】また、この面光源１００Ｂは、三角柱プリ
ズム型のレンチキュラーレンズ１０５がある範囲の入射
角の光線を全反射するので、透過光を面光源として用い
る場合には、輝度の向上に限度がある。特に、入射角の
範囲によっては、全反射かつ再帰反射するので、その分
の光線は、もと来た方向に戻され、導光板やランプハウ
ス内を伝播して行かないために、光エネルギーの損失と
なる。

【０００７】本発明の目的は、前述の課題を解決し、透
過光を用いた表示を行う場合に、消費電力や発熱量を増
大させることなく、明るい面発光が可能であり、拡散光
を法線近傍の所定の角度範囲に集光でき、しかも、全反
射や再帰反射が起こらず高輝度化が可能な光学用シー
ト、面光源及び表示装置を提供することである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、以下のような
解決手段による前記課題を解決する。なお、理解を容易
にするために、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。本発明による光学
用シートの第１の解決手段は、透光性基材（１１）の一
方の面に三角柱からなるプリズム形状の単位レンズ部
（１２−ｉ）を長軸方向が互いに平行になるように多数
形成したレンズ面（１２）を有し、前記透光性基材の他
方の面に平坦面（１３）を有する第１及び第２のレンチ
キュラーレンズ（１０Ａ）からなり、前記第１及び第２
のレンチキュラーレンズは、単位レンズ部のプリズム長
軸が互いに平行であり、かつ、前記レンズ面が同一側
（１０Ａ，１０Ｂ）又は逆側（１０Ａ，１０Ｃ）になる
ように積層したことを特徴とする。

【０００９】本発明による光学用シートの第２の解決手
段は、両面が平坦面に形成された透光性基材（１４）の
一方の面に、三角柱からなるプリズム形状の単位レンズ
部（１２−ｉ）を長軸方向が互いに平行になるように多
数形成した透光性材料からなるレンズ層（１５）を積層
した第１及び第２のレンチキュラーレンズ（１０Ａ’）
からなり、前記第１及び第２のレンチキュラーレンズ
は、単位レンズ部のプリズム長軸が互いに平行であり、
かつ、前記レンズ層が同一側（１０Ａ，１０Ｂ）又は逆
側（１０Ａ，１０Ｃ）になるように積層したことを特徴
とする。

【００１０】また、本発明による光学用シートの第３の
解決手段では、前記各レンチキュラーレンズは、前記単
位レンズ部のプリズム頂角をα、その単位レンズ部の材
料の臨界角θｃとの間に、α＜２θｃの関係が成り立つ
ことを特徴とする。

【００１１】さらに、本発明による光学用シートの第３
の解決手段では、前記第１〜第３の解決手段において、
前記透光性基材又は前記レンズ層の双方又は一方の光入
射側に光等方拡散性を有するか、又は、前記透光性基材
又は前記レンズ層の一方側の光入射側に光等方拡散性層
（２０，２０’）を形成することを特徴とする。

【００１２】一方、本発明による面光源の第１の解決手
段は、透光性平板又は直方体状の空洞からなる導光体
（４１）と、前記導光体の側端面の双方又は一方に隣接
して設けられた点状又は線状の光源（４３）と、前記導
光体の表面に積層した光等方拡散性層（２０）と、前記
第１〜第４の解決手段のいずれか１つの光学用シート
（１０，１０’）とを含み、前記光学用シートの表面が
拡散光放出面となることを特徴とする。また、本発明に
よる面光源の第２の解決手段は、１以上の点状又は線状
の光源（３２）と、前記光源を包囲し、１面を開口部と
したランプハウス（３１）と、前記開口部を被覆する光
等方拡散性層（２０）と、前記光等方拡散性層を被覆す
る前記第１〜第４の解決手段のいずれか１つの光学用シ
ート（１０，１０’）とを含み、前記光学用シートの表
面が拡散光放出面となることを特徴とする。

【００１３】本発明による表示装置の解決手段は、透過
型の表示素子と、前記表示素子の背面に設けられた前記
第１及び第２の解決手段の面光源（５１，５２，５３，
５４）とを含むことを特徴とする。

【００１４】

【作用】本発明のレンチキュラーレンズは、２枚のレン
チキュラーレンズをレンズ面が同一方向又は逆方向にな
るように積層することにより、拡散光放出面から放出さ
れる拡散光強度の角度分布が所望の角度範囲内のみにほ
ぼ均一等方的な分布となり、かつ、サイドローブが発生
しなくなるとともに、全反射や再帰反射が起こらずエッ
ジライト型又は直下型の面光源などに好適に使用するこ
とができる。

【００１５】

【実施例】以下、図面等を参照して、実施例につき、本
発明を詳細に説明する。（光学用シートの実施例）図１は、本発明による光学用
シートの第１の実施例を示す斜視図である。図２は、本
発明による光学用シートの第２の実施例を示す斜視図で
ある。図３は、実施例に係る光学用シートに用いる一体
型のレンチキュラーレンズを示す斜視図である。図４
は、実施例に係る光学用シートに用いる積層型のレンチ
キュラーレンズを示す斜視図である。

【００１６】（光学用シートの第１の実施例、一体型レ
ンチキュラーレンズシートの例）第１の実施例の光学用
シート１０は、２枚のレンチキュラーレンズ１０Ａ，１
０Ｂから構成されている。各レンチキュラーレンズ１０
Ａ，１０Ｂは、図３に示すように、透光性基板１１の一
方の面に三角柱からなるプリズム形状の単位レンズ部１
２−ｉ（ｉ＝１〜Ｎ）を長軸（稜）方向が互いに平行に
なるように多数形成したレンズ面１２とし、透光性基板
１１の他方の面を平坦面１３としたものである。この単
位レンズ部１２−ｉは、その主切断面の頂角をαとする
と、屈折率が１．５程度の材料の場合には、α＜９０°
が好ましく、この実施例では、α≒６０°となるように
設定してある。

【００１７】また、レンチキュラーレンズ１０Ａ，１０
Ｂは、図１に示すように、単位レンズ部１２−ｉのプリ
ズム長軸が互いに平行であり、かつ、レンズ面１２が同
一側（それぞれ上側）になるように積層してある。第１
の実施例の光学用シート１０のように、レンチキュラー
レンズ１０Ａ，１０Ｂを同じ向きになるように重ねて、
後述する図１４に示すような面光源５２に使ったときに
（図１９，図２０に対応する）、法線方向から少し傾斜
した方向に輝度のピークが来るので、機械類，車両又は
航空機等の計器表示盤、道路標識等のような斜め方向か
ら観察する用途に適している。

【００１８】透光性基材１１は、ポリメタアクリル酸メ
チル，ポリアクリル酸メチル等のアクリル酸エステル又
はメタアクリル酸エステルの単独若しくは共重合体，ポ
リエチレンテレフタレート，ポリブチレンテレフタレー
ト等のポリエステル，ポリカーボネート，ポリスチレン
等の透明な樹脂など（熱可塑性樹脂又は熱，紫外線，電
子線などにより架橋硬化したもの），透明な硝子等、透
明なセラミックス等の透光性材料からなる平面若しくは
湾曲面形状をしたシート状又は板状の部材である。透光
性基材１１に要求される透光性は、各用途の使用に支障
のない程度に、拡散光を最低限透過するように選定する
必要があり、無色透明の他に、着色透明又は艶消透明で
あってもよい。ここで、艶消透明とは、透過光を半立体
角内のあらゆる方向にほぼ均一等方的に拡散透過させる
性質をいい、光等方拡散性と同義語に用いられる。

【００１９】また、透光性基材１１は、背面光源用とし
て用いる場合には、厚みが２０〜１０００μｍ程度であ
って、平面形状のものを用いることが好ましい。ただ
し、直下型又は導光体が空洞であり、かつ、光等方拡散
性層が可撓性の薄いシートの場合であって、光放出面の
形状を保持するために、もっと厚い樹脂を使用するとき
には、厚みが１〜１０ｍｍ程度であってもよい。

【００２０】レンズ面１２のプリズム形状を形成する方
法としては、例えば、公知の熱プレス法（特開昭５６−
１５７３１０号公報記載）、紫外線硬化性の熱可塑性樹
脂フィルムにロールエンボス版によってエンボス加工し
たのちに、紫外線を照射してそのフィルムを硬化させる
方法（特開昭６１−１５６２７３号公報記載）等を用い
る。

【００２１】（積層型のレンチキュラーレンズの例）図
３に示すレンチキュラーレンズ１０Ａは、透光性基材１
１の単体で形成したものであるが、図４に示すレンチキ
ュラーレンズ１０Ａ’は、平坦な透光性基板１４上に、
三角柱からなるプリズム形状の単位レンズ部１２−ｉを
有する透光性材料からなるレンズ層１５を積層した構造
である。このようなレンチキュラーレンズ１０Ａ’を、
図１のように配置しても、同様に使用することができ
る。製法は、ロール（円筒）状の型に電子線又は紫外線
硬化樹脂液を塗工し、塗工面上に更に透明基材シートを
密着させた状態で樹脂液を硬化させた後に、基材シート
をこれに接着し、かつ、型の凹凸形状を賦型された硬化
樹脂とを、離型する方法（米国特許第４５７６８５０
号，米国特許第３６８９３４６号、特開平３−２２３８
８３号等）によって製造する。

【００２２】（光学用シートの第２の実施例）第１の実
施例の光学用シート１０では、レンチキュラーレンズ１
０Ａ，１０Ｂは、単位レンズ部１２−ｉのプリズム長軸
が互いに平行であり、かつ、レンズ面１２が同一側にな
るように積層してあるが、第２の実施例の光学用シート
１０’においては、図２に示すように、レンチキュラー
レンズ１０Ａ，１０Ｃは、単位レンズ部１２−ｉのプリ
ズム長軸が互いに平行であり、かつ、レンズ面１２が逆
側（上側及び下側）になるように積層してある。この第
２の実施例の光学用シート１０’は、後述する図１４に
示すような面光源５２に使ったときに（図２１，図２２
に相当する）、サイドローブ光が発生せず、面光源とし
て利用価値がないうえ周囲にとって迷惑となる迷光（ノ
イズ光）を抑制できて好ましい。その効果は、プリズム
材料の屈折率が１．５程度の場合には、プリズム頂角α
＜９０°（特に、α≒６０°）としたときに顕著に現れ
る。図２５（Ｂ）に示すα＝９０°の三角柱プリズム型
のレンチキュラーレンズ１０５を１枚用いた場合と比較
して、サイドローブ比の点において格段に優れている。
なお、第２の実施例の光学用シートの場合にも、図４に
示した積層型のレンチキュラーレンズ１０Ａ’を用いて
もよい。また、図２のように、レンズ面１２（又はレン
ズ層）が逆側に配置される場合には、同一の透光性基材
の両側にレンズ面が形成されていてもよい。

【００２３】（頂角αの説明）図５〜図１１は、本発明
による光学用シートの実施例のレンズ形状を説明するた
めの図である。三角プリズム型の単位レンズ部１２−ｉ
は、その形状が底面又は基材面の法線Ｎに対して、左右
対称な透過光強度Ｉ（θ）を得るためには、二等辺三角
形（法線Ｎに対して左右対称となる）にするか（図５参
照）又は左右いずれかに透過光分布Ｉ（θ）を多く偏ら
せるときには、不等辺三角形となる（図６参照）。

【００２４】単位レンズ部１２−ｉが三角柱プリズム型
の場合（単位レンズ部１２−ｉをプリズムと略称するこ
とがある）に、その頂角αは、レンチキュラーレンズ１
０Ａ内における全反射を防止して透過効率をよくし、面
光源として高輝度化を図るために、次の関係にする必要
がある。 α＜２θｃ＝２ａｒｃｓｉｎ（ｎ₂／ｎ₁） …（１）ただし、θｃ：プリズム材の臨界角ｎ₁：プリズム材の屈折率ｎ₂：雰囲気の屈折率

【００２５】空気又は真空雰囲気とすれば、ｎ₂＝１．
０であり、頂角αの上限値２θｃは、次表のようにな
る。〔表１〕ｎ₁ ２θｃ〔°〕１．４９１．２１．５８３．６１．６７７．７

【００２６】単位レンズ部１２−ｉは、通常、ガラス，
アクリル樹脂，ポリカーボネート樹脂，ポリスチレン樹
脂など材料（プリズム材という）の屈折率が１．４〜
１．６の範囲の物質によって成形された場合に、表１の
中でも、特に、再帰反射性の全反射が起こらず、光の透
過放出及び導光体やランプハウス内での光源光の均一な
伝播を妨げることのない角度として、特に、α＝６０°
が最も好ましい。

【００２７】その理由として、例えば、プリズム材の屈
折率ｎ₁＝１．５（雰囲気の屈折率ｎ₂＝１．０）とし
た場合に、図７のようなα＝９０°＞２θｃのプリズム
を用いると（公知技術）、図７のような光路で入射した
光線は、プリズム面Ｆ₁及びＦ₂のいずれに対しても、
臨界角θｃ＝３９°よりも大きな角度で入射する。この
ため、プリズム面Ｆ₁及びＦ₂によって全反射する結果
となり、全ての入射光は、そのまま入射光の来た側に戻
ってしまい、プリズム面からの光出力は零になってしま
う。これでは、全く面光源として機能しない、しかも、
その全反射は、再帰反射（反射光線と入射光線が平行か
つ逆向き）のために、入射側に戻った光は、導光体やラ
ンプハウス内を伝播して、三角柱プリズムの他の場所に
おいても再利用されることなく減衰してしまう。

【００２８】なお、この明細書において、「レンチキュ
ラーレンズの全反射」というのは、図７に示すように、
外部よりレンチキュラーレンズ１０Ａ内にいったん入射
した光線の全量が構成各面の全反射により、入射して来
た側の外部に出て行くことをいう。したがって、図８に
示すように、プリズム面Ｆ₂では全反射しても、レンチ
キュラーレンズ１０Ａから一部透過して、光線Ｉ₀₁，Ｉ
₀₂のように入射側の反対側に出ていく場合には、「レン
チキュラーレンズの全反射」とは呼ばないこととする。
なお、図８のような場合にも、入射側に戻った光線Ｉ₀₃
は、再帰反射性のために、やはり再利用されず減衰され
てしまう。

【００２９】一方、図９〜図１１に示すように、α＜２
θｃ、例えば、α＝６０°＜２θｃの場合には、「レン
チキュラーレンズの全反射」は起こらない。その理由
は、図１１に示すように、丁度α＝９０°のときに、プ
リズム面Ｆ₁に臨界角以上で入射した光線は、プリズム
面Ｆ₂への臨界角以上で入射した結果、「レンチキュラ
ーレンズの全反射」は起こる。これに対して、α＜２θ
ｃとなる図９の場合には、プリズム面Ｆ₁の臨界角以上
で入射した光線は、プリズム面Ｆ₂では必ず臨界角未満
の入射角となり、少なくとも一部は透過光Ｉ₀が出てい
く。なお、図示はしないが、プリズム面Ｆ₁又はＦ₂に
丁度臨界角θｃで入射すると、プリズム面Ｆ₁又はＦ₂
に沿って光線は進行し、結局は、レンチキュラーレンズ
１０Ａから透過していく。よって、α＜２θｃのとき
は、「レンチキュラーレンズの全反射」は起こらない。
また、図１０に示すように、一部入射側に光線Ｉ₀₂が戻
るときでも、Ｉ_iとＩ₀₂は、平行でないので、光線Ｉ₀₂
は、導光体やランプハウス内を伝播していき、別の場所
において再利用される。

【００３０】（レンチキュラーレンズを２枚積層する理
由）頂角αがα＜２θｃの関係にある三角柱プリズム形
状のレンチキュラーレンズ１０Ａを２枚重ねる理由は、
もし、１枚のみであると、図２３のように、光等方拡散
性層（マット層）からの等方拡散光を入射させると、法
線Ｎに対して、対称な２方向（図２３では＋６０°近辺
と−６０°近辺）に光が分割され、法線方向近辺に集中
した輝度をもつ面光源が得られないためである。ところ
が、意外なことに、図１のレンチキュラーレンズ１０
Ａ，１０Ｂ又は図２のレンチキュラーレンズ１０Ａ，１
０Ｃのように２枚重ねると、図１９，図２０又は図２
１，図２２のように、法線Ｎ近傍に輝度の集中した面光
源を得ることができる。

【００３１】三角柱プリズム型のレンチキュラーレンズ
１０Ａのプリズムの周期Ｐ，プリズムの高さＨは、用途
に応じて決定するが、プリズムの凹凸が目立たない程度
の大きさであって、かつ、回折格子の作用が出ず、製造
の容易な大きさがよく、概ね１０〜１０００μｍ程度が
好ましい。

【００３２】レンチキュラーレンズ１０Ａを２枚重ねた
ときに、モアレ縞の発生を防止するために、好ましく
は、１枚目と２枚目のレンチキュラーレンズ１０Ａ，１
０Ｂ（又は１０Ｃ）のプリズム周期Ｐを以下のように設
定するとよい。１枚目のプリズム周期をＰ₁，２枚目の
プリズム周期をＰ₂とした場合に、Ｐ₂／Ｐ₁＝ｒ又はＰ₂／Ｐ₁＝１／ｒここで、ｒは正の非整数である。この場合に、ｒは次の
関係があることが好ましい。ｎ＋０．３５≦ｒ≦ｎ＋０．４３ここで、ｎ＝１〜１２迄の正の整数（特に、ｎ＝１．５
は除く）

【００３３】１枚目と２枚目のレンチキュラーレンズ１
０Ａ，１０Ｂ（又は１０Ｃ）は、単に重ねただけでもよ
いが、位置が相互にずれたりしないように、透明接着剤
などにより接着してもよい。特に、図１に示すように、
レンズ面１２を同一方向に重ねた場合には、単位レンズ
部１２−ｉの凹凸に接着剤が充填されることになるため
に、屈折、反射等の特性を狂わせることのないように、
プリズム材よりも低い屈折率の接着剤を選ぶことが好ま
しい。

【００３４】（光等方拡散性層）図１２，図１３は、レ
ンチキュラーレンズと光等方拡散性層との層構成を示す
図である。光学用シート１０，１０’と光等方拡散性層
２０とを積層して使用する場合には、光等方拡散性層２
０によって一旦拡散した光を収束させるために、光学用
シート１０，１０’が観察側、光等方拡散性層２０が光
源側（図１２，図１３）にすることが必要である。この
とき、光学用シート１０のように、レンチキュラーレン
ズ１０Ａ，１０Ｂのレンズ面１２が同一側に配置されて
いてもよいし〔図１２（Ａ），図１３（Ａ）〕、光学用
シート１０’のようにレンズ面１２が逆側に配置されて
いてもよい〔図１２（Ｂ），図１３（Ｂ）〕。また、光
等方拡散性層２０は、シート（又は板）状のもの（図１
２）でもよいし、光等方拡散性層２０’のように、レン
チキュラーレンズ１０Ｂ，１０Ｃに直接塗工した膜状の
もの（図１３）でもよい。

【００３５】光等方拡散性層２０は、前記透光性材料に
光拡散剤（艶消剤）として、炭酸カルシウム、シリカ、
アルミナ、硫酸バリウム等の無機質微粒子、又は、アク
リル樹脂等の樹脂ビーズ粒子を分散させたものが用いら
れ、その粒子の径は、略１〜２０μｍ位のものが使用さ
れる。光等方拡散性層２０は、前記透光性材料に前記光
拡散剤を練り込んだ樹脂材料を押出成形、カレンダ成形
等でシート化した、単一層として形成ものが使用でき
る。また、前記透光性材料のシート（又は板）上に、前
記透光性材料を結合剤（バインダ）として、これに前記
光拡散剤を分散させた塗料を塗工形成して使った２層構
成物でもよい。さらに、前記透光性材料のシート（又は
板）の表面を、サンドブラスト，エンボス賦形加工等に
よって、中心線平均粗さ１〜２０μｍの微小凹凸（砂目
等）を形成したものでもよい。

【００３６】（エッジライト型の面光源の実施例）図１
４は、本発明による面光源の第１の実施例（エッジライ
ト型）を示す斜視図、図１５は、導光板の特性を説明す
るための図である。面光源５２は、エッジライト型のバ
ックライト４０の導光板４１の上面に、光等方拡散性層
２０及び光学用シート１０’が配置されている。このバ
ックライト４０は、導光板４１の下面に、反射層４２が
形成されており、導光板４１の側端面の両側には、それ
ぞれ光源４３，反射膜４４，照明カバー４５が設けられ
ている。エッジライト型の面光源は、薄型で光放出面が
発熱しにくい利点がある。

【００３７】導光板４１の入射角ｉが臨界角ｉｃよりも
大きい場合には、図１５（Ａ）に示すように、光線は、
導光板４１内を全反射しながら伝播するのみであって、
放出面４１ａからの透過光はない。一方、入射角ｉが臨
界角ｉｃよりも小さい場合には、図１５（Ｂ）に示すよ
うに、導光板４１の放出面４１ａの側界面において、光
線の一部は、反射（導光板４１内を伝播）し、残りは透
過して放出される。また、実際の導光板４１では、図１
５（Ｃ）に示すように、他方の端面に光源４３’を置く
か、または光反射層４２’を設けることにより、導光板
４１の内部を光線が双方向に伝播し、又は、定在波を形
成するように設計するために、放出面４１ａからは、法
線に対して左右対称な±θ方向に光が放出される。この
角度は、θ＝６０°及びθ＝−６０°方向に鋭いピーク
を持つことが知られている。よって、これを観察者のい
る法線方向近傍に偏向させるために、光等方拡散性層２
０及び光学用シート１０’を用いて光線を屈折させ、例
えば、頂角α＝６０°のときには、図２２に示すよう
に、最適な方向に分散させる。

【００３８】（光反射層の実施例）図１６は、エッジラ
イト型の面光源に用いられる光反射層の実施例を示す図
である。光反射層４２は、光を拡散反射させる性能を持
つ層であって、以下のように構成することができる。図
１６（Ａ）のように、導光板４１の片面に、高隠蔽性か
つ白色度の高い顔料、例えば、二酸化チタン，アルミニ
ウム等の粉末を分散させた白色層４２Ａを塗装などによ
って形成する。図１６（Ｂ）のように、導光板４１の片
面に、サンドブライト加工，エンボス加工等によって艶
消微細凹凸４１ａを形成し、さらに、アルミニウム，ク
ロム，銀等のような金属をメッキ又は蒸着等して、金属
薄膜層４２Ｂを形成する。図１６（Ｃ）のように、図１
６（Ａ）と同様な白色層４２Ａ’（ただし、隠蔽性は低
くてもよい）に、金属薄膜層４２Ｂを形成する。図１６
（Ｄ１），（Ｄ２）のように、網点状の白色層４２Ａ”
に形成し、光源４３から遠ざかるに従って面積率を増や
して、光源４３の光量が減衰するのを補正するようにし
てもよい。

【００３９】（直下型の面光源の実施例）図１７は、本
発明による面光源の第２の実施例（直下型）を示した断
面図である。面光源５３は、ケース３１内に、蛍光灯な
どの線光源３２が設けられた直下型のバックライト３０
の開口側に、光等方拡散性層２０及び光学用シート１０
を配置したものである。

【００４０】（面光源のまとめ）図１８は、本発明によ
る面光源の実施例をまとめて示す模式図である。面光源
は、光学用シート１０，１０’及びバックライト４０，
３０の組み合わせによって、以下のようなタイプに分け
られる。面光源５１は、図１８（Ａ）に示すように、レ
ンズ面１２が同一方向になるように配置したレンチキュ
ラーレンズ１０Ａ，１０Ｂからなる光学用シート１０
と、光等方拡散性シート２０と、エッジライト型のバッ
クライト４０とから構成されている。面光源５２は、図
１８（Ｂ）（図１４に相当する）に示すように、レンズ
面１２が逆方向になるように配置したレンチキュラーレ
ンズ１０Ａ，１０Ｃからなる光学用シート１０’と、光
等方拡散性シート２０と、エッジライト型のバックライ
ト４０から構成されている。面光源５３は、図１８
（Ｃ）（図１７に相当する）に示すように、レンズ面１
２が同一方向になるように配置したレンチキュラーレン
ズ１０Ａ，１０Ｂからなる光学用シート１０と、光等方
拡散性シート２０と、直下型のバックライト３０とから
構成されている。面光源５４は、図１８（Ｄ）に示すよ
うに、レンズ面１２が逆方向になるように配置したレン
チキュラーレンズ１０Ａ，１０Ｃからなる光学用シート
１０’と、光等方拡散性シート２０と、直下型のバック
ライト３０などとから構成されている。

【００４１】（液晶表示装置の実施例）図１４，図１７
に示した面光源４０，３０は、公知の透過型の液晶表示
素子の背面に配置することによって、液晶表示装置とし
て使用することができる。また、透過型の液晶表示素子
の他に、エレクトロクロミック表示素子などの背面光源
を必要とする素子に適用することができる。

【００４２】（製造例，比較例）本件発明者等は、次の
ような面光源を用いて、光の動向をシミュレーションす
るとともに、相対輝度Ｉ（θ），サイドローブ比を求め
た。製造例１製造例１は、頂角α＝６０度のレンチキュラーレンズ１
０Ａ，１０Ｂを２枚同じ向きに配置した光学用シート１
０を、光等方拡散性シート２０上に載置して、エッジラ
イト型のバックライト４０によって照明光を照射した
〔図１８（Ａ）及び図１参照〕。このときの光の動向を
図１９に示し、相対輝度特性を図２０に示した。製造例
１においては、レンチキュラーレンズ１０Ｂに入射した
バックライト４０からの入射光線は、一部バックライト
４０側にフィードバックされるほかには、殆ど図２３の
ように法線に対して左右にほぼ６０°方向に偏光された
のちに、レンチキュラーレンズ１０Ａに入る。レンチキ
ュラーレンズ１０Ａによってさらに屈折された結果、左
右２５°（±２５°）を中心とした第１サイドローブに
大部分の光線が集中する。但し、一部の光線は大きく屈
折して第２サイドローブを形成する。製造例２製造例２は、頂角α＝６０度のレンチキュラーレンズ１
０Ａ，１０Ｃを２枚逆じ向きに配置した光学用シート１
０’を、光等方拡散性シート２０上に載置して、エッジ
ライト型のバックライト４０によって照明光を照射した
〔図１８（Ｂ）及び図２参照〕。このときの光の動向を
図２１に示し、相対輝度特性を図２２に示した。製造例
２においては、レンチキュラーレンズ１０Ｃに入射した
バックライト４０からの入射光線は、ほぼ法線方向に対
して±４０°の方向に拡散した後に、レンチキュラーレ
ンズ１０Ａに入る。レンチキュラーレンズ１０Ａによっ
て再度屈折した後に、法線方向を中心とした左右対称な
半値角７２°の輝度分布をなし、サイドローブは発生し
ない。

【００４３】比較例１比較例１は、頂角α＝６０度のレンチキュラーレンズ１
０Ａを１枚用い、光等方拡散シート２０上に載置して、
エッジライト型のバックライト４０によって照明光を照
射した〔図３参照〕。このときの光の動向を図２３に示
し、相対輝度特性を図２４に示した。比較例１において
は、レンチキュラーレンズ１０Ａによって屈折した光線
は、殆ど±６０°の近傍に集中する。すなわち、光は大
きく左右に２分割される。比較例２比較例２は、頂角α＝９０度のレンチキュラーレンズ１
００Ｂを１枚用い、等方光拡散性シート２０上に載置し
て、エッジライト型のバックライト４０によって照明光
を照射した〔図２５（Ａ）参照〕。このときの相対輝
度特性を図２６に示した。比較例２においては、等方光
拡散性シート２０を透過した光線は、レンチキュラーレ
ンズ１００Ｂによって屈折されて、法線方向を中心とし
た半値角６３°の左右対称な輝度分布となるが、法線に
対して±７０°の方向にサイドローブが発生する。比較例３比較例３は、等方光拡散性シート２０のみを用いて、エ
ッジライト型のバックライト４０によって照明光を照射
した〔図２５（Ｂ）参照〕。このときの相対輝度特性を
図２６に示した。比較例３においては、等方光拡散性層
２０を出た光線は、左右対称で法線方向を中心とする輝
度分布となるが、半値角は１１０°と広く±９０°（光
放出面）の接線方向にまで輝度分布をもつ。

【００４４】製造例１，２及び比較例１，２，３の測定
結果を、それぞれ図２０の曲線Ａ，図２２の曲線Ｂ，図
２３の曲線Ｃ，図２５の曲線Ｄ，Ｅに示してある。な
お、サイドローブ比とは、サイドローブによる影響を評
価する値であり、サイドローブ対主ローブ比Ｒであっ
て、次式で与えられる。Ｒ＝（Ｉ_sp／Ｉ_mp）×１００〔％〕 …（２）ただし、Ｉ_sp：サイドローブのピーク方向強度Ｉ_mp：主ローブのピーク方向強度また、半値角θ_Hは、水平方向の輝度特性がピーク値に
対して半分以上になる角度範囲を示すものである（ピー
ク方向をθ＝０°とすると、±θ_H／２のところで、輝
度はＩ_mp／２となる。）

【００４５】製造例１では、図２０に示すように、半値
角θ_Hは８０度、第１サイドローブ比は２２５％、第２
サイドローブ比は７１％である。製造例２では、図２２
に示すように、半値角θ_Hは７２度、サイドローブ比は
０％である。比較例１では、図２４に示すように、半値
角θ_Hは１４６度、サイドローブ比は５００％である。
比較例２では、図２６に示すように、半値角θ_Hは６８
度、サイドローブ比は２６％である。

【００４６】製造例１においては、光放出面の法線方向
の輝度は低く（ピーク方向の４３％）、法線から±２５
°の方向にピーク（第１サイドローブ）を有する。第１
サイドローブ自体の半値幅は、２０°であり、法線から
±２５°方向を照明する用途に向く。この場合に、第２
サイドローブは迷光となる。

【００４７】製造例２においては、法線方向をピークと
した左右対称な輝度分布を有し、テレビジョン画面など
の法線方向を照明する用途に向く。その半値幅は、従来
技術の比較例１，３に比べて狭く、ほぼ比較例２なみで
あり、実用上最適範囲である。また、サイドローブは全
くなく、その点は比較例２よりも優秀であり、迷光や損
失は少ない。

【００４８】

【発明の効果】以上詳しく説明したように、本発明によ
れば、光エネルギーを法線方向などの近傍の所望の角度
内に集光させるので、光エネルギーの利用効率が高く、
面光源やそれを用いた液晶表示素子等の透過型表示装置
の小型化、低消費電力化、高輝度化ができるとともに、
迷光の発生を防止できる。

【００４９】また、三角柱レンチキュラーレンズにおけ
る全反射、回帰性反射が起こらないので、高透過率で光
が透過放出されるので、高輝度となる。さらに、反射さ
れた光線も、導光体やランプハウス内を伝播していき、
別の場所でレンチキュラーレンズから放出されるので、
光エネルギーの利用効率が高くなり、また、輝度の面光
源内（平面内）の分布もより均一となる。

【００５０】一方、サイドローブ光の発生が抑制される
ので、迷光の発生が低減され、光エネルギーの利用効率
も高くなり、かつ、高輝度化が達成できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による光学用シートの第１の実施例を示
す斜視図である。

【図２】本発明による光学用シートの第２の実施例を示
す斜視図である。

【図３】実施例に係る光学用シートに用いる一体型のレ
ンチキュラーレンズを示す斜視図である。

【図４】実施例に係る光学用シートに用いる積層型のレ
ンチキュラーレンズを示す斜視図である。

【図５】本発明による光学用シートの実施例のレンズ形
状を説明する図である。

【図６】本発明による光学用シートの実施例のレンズ形
状を説明する図である。

【図７】本発明による光学用シートの実施例のレンズ形
状を説明する図である。

【図８】本発明による光学用シートの実施例のレンズ形
状を説明する図である。

【図９】本発明による光学用シートの実施例のレンズ形
状を説明する図である。

【図１０】本発明による光学用シートの実施例のレンズ
形状を説明する図である。

【図１１】本発明による光学用シートの実施例のレンズ
形状を説明する図である。

【図１２】レンチキュラーレンズと光等方拡散性層との
層構成を示す図である。

【図１３】レンチキュラーレンズと光等方拡散性層との
層構成を示す図である。

【図１４】本発明による面光源の第１の実施例（エッジ
ライト型）を示した斜視図である。

【図１５】導光板の特性を説明するための図である。

【図１６】エッジライト型の面光源に用いられる光反射
層の実施例を示す図である。

【図１７】本発明による面光源の第２の実施例（直下
型）を示した断面図である。

【図１８】本発明による面光源の実施例をまとめて示す
模式図である。

【図１９】図１８（Ａ）の面光源の光の動向を示す線図
である。

【図２０】図１８（Ａ）の面光源の相対輝度特性を示す
線図である。

【図２１】図１８（Ｂ）の面光源の光の動向を示す線図
である。

【図２２】図１８（Ｂ）の面光源の相対輝度特性を示す
線図である。

【図２３】頂角６０度のレンチキュラーレンズを１枚用
いた面光源の光の動向を示す線図である。

【図２４】頂角６０度のレンチキュラーレンズを１枚用
いた面光源の相対輝度特性を示す線図である。

【図２５】エッジライト型の面光源の従来例を示す図で
ある。

【図２６】図２５の面光源の相対輝度特性を示す線図で
ある。

【符号の説明】

１０光学用シート１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃレンチキュラーレンズ１１透光性基材１２レンズ面１３平坦面２０光等方拡散性層（光等方拡散性シート）３０，４０バックライト５１，５２，５３，５４面光源

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】透光性基材の一方の面に三角柱からなる
プリズム形状の単位レンズ部を長軸方向が互いに平行に
なるように多数形成したレンズ面を有し、前記透光性基
材の他方の面に平坦面を有する第１及び第２のレンチキ
ュラーレンズからなり、前記第１及び第２のレンチキュラーレンズは、単位レン
ズ部のプリズム長軸が互いに平行であり、かつ、前記レ
ンズ面が同一側又は逆側になるように積層したことを特
徴とする光学用シート。
【請求項２】両面が平坦面に形成された透光性基材の
一方の面に、三角柱からなるプリズム形状の単位レンズ
部を長軸方向が互いに平行になるように多数形成した透
光性材料からなるレンズ層を積層した第１及び第２のレ
ンチキュラーレンズからなり、前記第１及び第２のレンチキュラーレンズは、単位レン
ズ部のプリズム長軸が互いに平行であり、かつ、前記レ
ンズ層が同一側又は逆側になるように積層したことを特
徴とする光学用シート。
【請求項３】前記各レンチキュラーレンズは、前記単
位レンズ部のプリズム頂角をα、その単位レンズ部の材
料の臨界角θｃとの間に、α＜２θｃの関係が成り立つ
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の光学用
シート。
【請求項４】前記透光性基材又は前記レンズ層の双方
又は一方の光入射側に光等方拡散性を有するか、又は、
前記透光性基材又は前記レンズ層の一方側の光入射側に
光等方拡散性層を形成することを特徴とする請求項１〜
請求項３のいずれか１項に記載の光学用シート。
【請求項５】透光性平板又は直方体状の空洞からなる
導光体と、前記導光体の側端面の双方又は一方に隣接して設けられ
た点状又は線状の光源と、前記導光体の表面に積層した光等方拡散性層と、前記請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の光学用
シートとを含み、前記光学用シートの表面が拡散光放出面となることを特
徴とする面光源。
【請求項６】１以上の点状又は線状の光源と、前記光源を包囲し、１面を開口部としたランプハウス
と、前記開口部を被覆する光等方拡散性層と、前記光等方拡散性層を被覆する前記請求項１〜請求項４
のいずれか１項に記載の光学用シートとを含み、前記光学用シートの表面が拡散光放出面となることを特
徴とする面光源。
【請求項７】透過型の表示素子と、前記表示素子の背面に設けられた前記請求項５又は請求
項６に記載の面光源とを含むことを特徴とする表示装
置。