(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも導光板と、その導光板の発光面側に設けられレンズを配列したプリズムレンズシートと、前記導光板の背後側に設けられ光拡散パターンを配列した光拡散反射手段とを有する面光源装置を、液晶表示装置のバックライトとして使用する透過型液晶表示装置であって、
前記プリズムレンズシートのレンズの配列軸と、前記光拡散パターンの配列軸の成す角度が１５度以上、７５度以下であり、かつ、前記液晶表示装置の画素の配列軸と前記プリズムレンズシートのレンズの配列軸の成す角度が１５度以上、７５度以下とした事を特徴とする透過型液晶表示装置。
【請求項２】
上記面光源装置は、導光板とプリズムレンズシートとの間に、半透明拡散シートを有する、請求項１記載の透過型液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は面光源装置をバックライトに用いた透過型液晶表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の面光源装置としては、図５で示すようにアクリル樹脂等からなる透明導光板１を備え、この透明導光板１の一方の面には透過率の高い半透明拡散シート２を設け、更にその上にレンズを配列したプリズムレンズシート３を設け、この透明導光板１の他方の面には光を拡散反射させるための光拡散反射シート５を設けてある。また、この透明導光板１の側端面部から光源６光を入射し、その光を光拡散反射シート５の鏡面反射層７及び光拡散パターン８で拡散反射させて、発光面９側を発光させるように構成した面光源装置が知られている（実開平４─１０７２０１、例１とする））。この考案においてプリズムレンズシート３は発光面９から発光される光を一定方向に向ける働きがあり、その方向での輝度が大きくなる。
【０００３】
また、他の従来の面光源装置としては、図６で示すようにアクリル樹脂等からなる透明導光板１を備え、この透明導光板１の一方の面は発光面９となっており、この透明導光板１の他方の面には光を拡散反射させるための光拡散反射シート５を設け、この透明導光板１の側端面部から光源６の光を入射し、その光を光拡散反射シート５の鏡面反射層７及び光拡散パターン８で拡散反射させて、発光面９側を発光させるように構成した面光源装置が知られている（特開平１─２４５２２０、例２とする）。この発明において、光拡散反射シート５の光拡散パターンは光散乱物質１０を施したものであって、光源６の光入射部分から遠ざかるに従って光散乱物質１０が密となるように構成されいる。これは面光源装置の輝度分布を均一化する。
【０００４】
しかし、上記従来技術において、例１では輝度分布を均一化しようとして、光拡散反射シート５の光拡散パターン８を細密化するとプリズムレンズシート３と光学的なモアレ現象を起こしてモアレパターンによる不均一さが表れ、光拡散パターンが大きい場合は光拡散パターン８が輝度分布に表れてしまい十分な均一性が得られなかった。そのため拡散効果の大きい半透明拡散シート２を設けることが必要であり、半透明拡散シート２によって光拡散パターン８が輝度分布に表れることを緩和しているが、一方半透明拡散シート２は光の拡散効果を高めると光の吸収量が大きくなり、又表示に不要な発光面の接線方向近辺へも光を拡散させるためプリズムレンズシート３による発光面の法線方向近辺の輝度を高める効果が減じられるという問題があった。
従って、面光源装置の輝度を高くするためには、光源６の輝度を高めることとなり、そうすると光源の寿命が短くなり、消費電力が大きいなるという問題もあった。
また、例２においては、輝度分布を均一化する効果はある程度達成するものの半透明拡散シートを利用しないため限界がある上、プリズムレンズシート３を利用できないため法線方向近辺の輝度が低く、性能の劣るものであった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明が解決しようとする課題は、発光面の法線方向近傍の発光輝度が高く、輝度分布が均一な面光源装置をバックライトに用いた透過型液晶表示装置を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を達成するために本発明者は種々研究を行った結果、導光板と、その導光板の発光表面側に設けられレンズを配列したプリズムレンズシートと、前記導光板の背後側に設けられ光拡散パターンを配列した光拡散反射手段を有する面光源装置において、上記プリズムレンズシートのレンズの配列軸に対して、上記光拡散パターンの配列軸は所定の角度を成すように、プリズムレンズシートと光拡散反射手段をもうけた上、液晶表示装置の画素の配列軸とプリズムレンズシートのレンズの配列軸を所定の角度を成すようにすることによって、法線方向近傍の発光輝度が高く、輝度分布が均一で、なお且つ液晶表示装置とプリズムレンズシートとのモアレも起こさない透過型液晶表示装置を実現でき、上記課題を達成することを見出し本発明を完成するに到った。
【０００７】
【作用】
面光源装置の発光表面側に設けられ、レンズを配列したプリズムレンズシートの屈折集光作用によって発光面法線方向近傍の輝度が高められ、光拡散パターンを配列した光拡散反射手段によって輝度の均一化が図られる、この時上記プリズムレンズシートのレンズの配列軸に対して、上記印刷ドット（光拡散パターン）の配列軸は角度を成すように、プリズムレンズシートと光拡散反射シートとを配置したことによって（プリズムレンズシートと光拡散パターンとの）光学的なモアレが発生せず、かつ光拡散反射手段の光拡散パターンを不可視化できるから、高輝度化と輝度の均一化とを両立できる。
また半透明拡散シートを全く必要としないか、使用するとしても拡散効果は小さくてよく光の吸収量が小さく済むから輝度が均一である上にプリズムレンズシートによる高輝度化は極めて効果的となる。
さらに、液晶表示装置の画素の配列軸とプリズムレンズシートのレンズの配列軸を所定の角度を成すようにすることによって、液晶表示装置とプリズムレンズシートとのモアレも起きない。
【０００８】
【実施例】
本発明について好適な実施例を挙げて以下に説明する。
図１は本発明の面光源装置の断面を模式的に示す図である。特にエッジライト型（サイドライト型とも呼称される）の場合を図示する。図１において１はアクリル樹脂、ガラス等からなる透明導光板であり、この透明導光板１の一方の面には透過率の高い半透明拡散シート２を設け、更にその上にレンズを配列したプリズムレンズシート３を設けている。さらに、この透明導光板１の他方の面には光を拡散反射させるための光拡散反射手段５を設け、この透明導光板１の側端面部から光源６の光を入射し、その光を光拡散反射手段５の鏡面反射層７及び光拡散パターン８で拡散反射させて、発光面９側を発光させるように構成されている。本発明においてプリズムレンズシート３は発光面９から発光される光を一定方向に向ける働きがあり、その方向での輝度が大きくなる。輝度の極大方向は通常は発光面９の法線方向である。また、光拡散反射手段５の光拡散パターンは印刷等により例えばドット状に光散乱物質１０を施したものであり光源６の光入射部分から遠ざかるに従って光散乱物質１０の面積が大となるように構成され面光源装置の輝度分布を均一化する。
尚ここで、導光板は、特開昭６３─３１８００３号公報（米国特許第７４９１５４０）、特開昭６３─１８１２０１号公報等のように空洞にしてもよい。
【０００９】
図２は本発明に関る面光源装置の平面を模式的に示す図である。図２において１１はプリズムレンズシート３（のレンズ）の配列軸を示しており、１２は光拡散パターン８の配列軸を示している。配列軸１１と配列軸１２は角度θを成している。本発明において、この角度は１５度〜７５度の範囲であって、モアレを生ずることなく、かつ光拡散反射シートの光拡散パターンを不可視化する働きがある。
【００１０】
本発明に使用できるプリズムレンズシート３は如何なるタイプの物であってもよい。例えば、図３に示すように、三角プリズム型レンチキュラーレンズ１３、円又は楕円柱型凸レンチキュラーレンズ１４、円又は楕円柱型凹レンチキュラーレンズ１５、角錐レンズ１６、蠅の目レンズ１７、等が利用できる。また図３の１８に示すようにプリズムレンズシート３は一枚を単層で使用することもできるが、平行または直角に二枚重ねて二層として使用することができる。また三層以上で使用することも可能である。更に、同種のプリズムレンズシートを組み合わせるだけでなく異種のプリズムレンズシートを組み合わせて使用することも可能である。
これらプリズムレンズシートの材質は特に限定されず、光学的に透明であれば如何なる材料であってもよい。熱可塑性樹脂、又は熱、紫外線、電子線で架橋する硬化型樹脂のいずれであってもよく、例えば、アクリル樹脂、塩化ビニール樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリアミド樹脂等が使用できる。またガラス、石英等の材料も使用できる。
また単一な材料で構成することも可能であるが、図８に示すように透明なシート状（又は板状）の基材の上に透明材料で成形したプリズムレンズを積層した構成とすることもできる。
【００１１】
本発明に使用できる光拡散反射手段５は光拡散反射シート５であってもよい。光拡散反射シート５は印刷等により例えばドット状の光拡散パターン８が形成されている。この光拡散パターン８は光散乱物質１０であり、通常の白色度の高いインキや塗料の顔料が使われる。例えば、チタンホワイト、酸化亜鉛、酸化カルシウム、酸化バリウム、硫酸バリウム等が使用できる。
これらの顔料はバインダー、溶剤等を含む展着剤に分散されて、印刷インキとして光拡散反射シート５に印刷されるか、塗料として光拡散反射シート５に塗布される。あるいは、テープ状に成形したものを光拡散反射シート５に貼り付ける方式でもよい。この光散乱物質１０は、透明導光板１の光源側の端から離れるに従って順次その濃度が密、あるいは光拡散パターン８の面積が大となるようにする。このことにより、面光源装置における輝度の分布が均一化できる。
【００１２】
一方、光拡散反射シート５の鏡面反射層７はアルミ蒸着等が施された鏡面となっており、光を反射する。
以上、光拡散反射シート５に鏡面反射層７と光拡散パターン８を設けたが、これらは透明導光板１に直接設けることもできる。その場合鏡面反射層７は発光面９の反対側の面に形成するが、光拡散パターン８は透明導光板１の何れの面に設けてもよく、また両面に設けてもよい。
【００１３】
上記光拡散パターン８は図４に示すようにドットを規則周期で配列し、光源から離れるに従ってドット径を大きくするドットパターン１９、ドットをランダムに配列し、光源から離れるに従って単位面積あたりのドットの数を増加させるランダムパターン２０、複数の楔型のパターンを楔の先端が光源に向くように平行に配列した楔パターン２１、ラインを規則周期で描き、光源から離れるに従って描かれるラインの数を増加させるラインパターン２２等、パターンの面積が光源から離れるに従って大きくなるようなパターンであれば如何なるパターンであってもよい。
【００１４】
以上のようなプリズムレンズシート３と光拡散パターン８において、プリズムレンズシート３の配列軸１１と拡散パターン７の配列軸１２との成す角度θは次のようにして決定される。
配列軸１１は円又は楕円柱型凸レンチキュラーレンズの円又は楕円柱方向をＹ軸方向、円又は楕円柱を複数配列する方向をＸ軸方向とする時のＹ軸とする。また配列軸１２は光拡散パターン８であるドットの光源６に対して離れる方向をｙ軸方向とし、光源６に平行する方向をｘ軸方向とするときのｙ軸とする。両座標系の原点をＯ、ｏとして、座標系Ｏ−Ｘ−Ｙと座標系ｏ−ｘ−ｙについて原点Ｏと原点ｏを一致させるものとする。
この時、モアレ縞を防止するためにはＹ軸とｙ軸の成す角度、即ち配列軸１１と配列軸１２の成す角度θは１５度以上７５度以下とするのが好ましい。１５度以下においても、７５度以上においてもモアレ縞が発生する。
【００１５】
更に、この角度θを変化させると光拡散パターン８であるドットの陰影が変化してθがθ＝ｓｉｎ  −１（２／５−２）  ＝６３．５度の場合にドットの陰影が最も見えなくなり、拡散パターン７であるドットの不可視可を実現できる。θ＝６３．５度はドットの陰影が極小となる角度であって、特にθがおおよそ５７度〜７０度の範囲であればドットの陰影が見えなくなる最適範囲である。
また、θはＸ軸（ｘ軸）から測っても、Ｙ軸（ｙ軸）から測っても対称的なため、θと９０−θは同じ結果を与え、θ＝９０−６３．５＝２６．５度の場合もθ＝６３．５度と同様の結果が得られる。
【００１６】
従来のプリズムレンズシートの配列軸と拡散パターンの配列軸とが直行または平行していたのに対し、本発明ではそれらの軸が角度を成すため、拡散パターンの陰影が見えにくく、モアレ縞も発生しないことから、本発明の半透明拡散シート２は、ヘイズ（曇値）、吸収光量とも１／２以下とすることができる。
また、拡散パターンのの不可視性、面光源の光拡散半値角、輝度の如何によっては全く省略することもできる。
【００１７】
本発明の面光源装置を透過型ＬＣＤディスプレイ装置（液晶表示装置）のバックライトとして使用する場合、プリズムレンズシート３において、レンズの配列周期は、ＬＣＤディスプレイの画素とモアレを起こさないようにする手段としては▲１▼「画素の配列軸とプリズムレンズシート３の配列軸にも１５〜７５度の角度を成す。」か、あるいは▲２▼「画素の配列周期の１／３以下か、又は３倍以上と離す。」のいずれかを行うとよい。また大きい方、即ち３倍以上に離すとレンズの周期が目に付くから、小さい方、即ち１／３以下とするのが好ましい。ただし、レンズの配列周期が１μｍ程度以下になると、光の回折現象が起こるため、レンズの配列周期は１μｍ以上とする。ＬＣＤディスプレイの画素の配列周期が３００μｍのであるとすると、レンズの配列周期は１０〜１００μｍがよい。
また、拡散パターン７であるドットの配列周期は、ドットの目立ちにくさ、輝度及びその面内での均一さ点から１００μｍ〜５０００μｍが好ましい。
光源６としては蛍光灯等の線状光源又は白熱電球のような点状光源が使用される。
又本発明の光源装置は図７に示すように、直下型（通称）の形で構成することもできる。
【００１８】
【発明の効果】
面光源装置部分に於ける効果としては、プリズムレンズシートのレンズの配列軸に対して、光拡散反射シートの光拡散ドットの配列軸は所定の角度を成すように、プリズムレンズシートと光拡散反射シートとを配置したことによって、これら両シートによる光学的なモアレが発生せず、かつ光拡散反射シートの光拡散パターンを不可視化できるから、高輝度化と輝度の均一化とを両立できる。また半透明拡散シートを全く必要としないか、使用するとしても拡散効果は小さくてよく光の吸収量が小さく済むから輝度が均一である上にプリズムレンズシートによる高輝度化は極めて効果的となる。
そして更に透過型液晶表示装置全体の効果としては、その液晶表示装置の画素の配列軸とプリズムレンズシートのレンズの配列軸を所定の角度を成す様にすることで、面光源装置のプリズムレンズシートと液晶表示装置の画素とによるモアレが起きなくなる。
【００１９】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の面光源装置の断面の模式図。
【図２】本発明の面光源装置の平面の模式図。
【図３】本発明に使用できるプリズムレンズシートの図。
【図４】本発明に使用できる光拡散反射シートの光拡散パターンの図。
【図５】従来の面光源装置の断面の模式図。
【図６】従来の面光源装置の断面の模式図。
【図７】本発明の面光源装置の断面の模式図。
【図８】本発明に使用できるプリズムレンズシートの図。
【符号の説明】
１透明導光板
２半透明拡散シート
３プリズムレンズシート
４光拡散反射手段
５光拡散反射シート
６光源
７鏡面反射層
８光拡散パターン
９発光面
１０光散乱物質
１１プリズムレンズシートの配列軸
１２光拡散パターンの配列軸
１３三角プリズム型レンチキュラーレンズ
１４円又は楕円柱型凸レンチキュラーレンズ
１５円又は楕円柱型凹レンチキュラーレンズ
１６角錐型レンズ
１７蠅の目レンズ
１８円又は楕円柱型凸レンチキュラーレンズを２枚直交重ねしたレンズ
１９ドットパターン
２０ランダムドットパターン
２１楔パターン
２２ラインパターン
２３透過型液晶表示素子
２４基材シート又は基板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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