(57)【要約】【課題】  液晶パネルに対してその背面側から光を照射するバックライトユニットを備えた液晶表示装置において、光の利用効率を効果的に高める。【解決手段】  光学シート４０が、光指向性コントロールシート６０と、反射型偏光分離シート７０と、低屈折材料層８０と、を備える。光指向性コントロールシート６０を、複数の単位レンズ６２が配列されてなるレンズ部６３が出射面側に設けられるとともに、単位レンズ６２の焦点位置に対応した開口部６５を有する散乱反射層６４が入射面側に設けられ、入射する光のうち開口部６５を通過した光の指向性をレンズ部６３によってコントロールしてからこの光を出射する構成とする。反射型偏光分離シート７０を、光指向性コントロールシート６０から出射された光のうち一方の偏光方向の光を透過するとともに他方の偏光方向の光を反射する構成とする。【選択図】      図１
2006030537.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の単位レンズが配列されてなるレンズ部が出射面側に設けられるとともに、前記単位レンズの焦点位置に対応した開口部を有する散乱反射層が入射面側に設けられ、入射する光のうち前記開口部を通過した光の指向性を前記レンズ部によってコントロールしてからこの光を出射する光指向性コントロールシートと、
前記光指向性コントロールシートから出射された光のうち一方の偏光方向の光を透過するとともに他方の偏光方向の光を反射する反射型偏光分離シートと、
前記光指向性コントロールシートと前記反射型偏光分離シートとの間に充填され、前記レンズ部及び前記反射型偏光分離シートよりも低い屈折率を示す低屈折材料からなる低屈折材料層と、
を備えていることを特徴とする光学シート。
【請求項２】
請求項１に記載の光学シートと、
前記光学シートに光を照射する光源手段と、
を備えていることを特徴とするバックライトユニット。
【請求項３】
請求項２に記載のバックライトユニットと、
前記バックライトユニットによって背面側から光が照射される液晶パネルと、
を備えていることを特徴とする液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶パネルに対してその背面側から光を照射するバックライトユニットを備えた液晶表示装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＴＦＴやＳＴＮからなる液晶パネルを用いた液晶表示装置が、主としてノート型、デスクトップ型パーソナルコンピュータのモニターや薄型テレビなどを中心に商品化されつつある。このような液晶表示装置においては、従来より、液晶パネルの背面側に光源手段を備えたバックライトユニットを配置し、液晶パネルに対してその背面側からバックライトユニットによって光を照射する、いわゆるバックライト方式が多く採用されている。
【０００３】
このようなバックライトユニットは、液晶パネルの背面側に、光源ランプが複数配列されてなる光源手段を備え、液晶パネルに対してその背面側から光源ランプの光を直接的に照射する、いわゆる直下型方式のものと、液晶パネルの背面側に、導光板とこの導光板の側端部に沿って取り付けられた光源ランプとからなる光源手段を備え、液晶パネルに対してその背面側から光源ランプの光を導光板内で多重反射させて間接的に照射する、いわゆる導光板ライトガイド方式（エッジライト方式）のものとに大別される。
【０００４】
ここで、直下型方式のバックライトユニットを備えた液晶表示装置としては、例えば図３に示すようなものが知られている。
図３に示す液晶表示装置１は、液晶パネル２と、この液晶パネル２に対してその背面側から光を照射するバックライトユニット３とを備えている。また、バックライトユニット３は、後述する光学シート４と、この光学シート４に光を照射する光源手段５とを備えている。
【０００５】
バックライトユニット３の光源手段５は、散乱反射層５Ｂが内面に形成された筐体５Ａの内部に、略棒状をなす光源ランプ５Ｃが複数配列されてなるものであり、複数の光源ランプ５Ｃの出射側には、これら光源ランプ５Ｃを覆うようにして例えば厚み２ｍｍ程度の拡散板５Ｄが設けられている。
そのため、光源手段５が光学シート４に照射する光は、光源ランプ５Ｃの光が拡散板５Ｄによって拡散させられたムラなく均一化した光となる。なお、拡散板５Ｄによる光の拡散効果が不十分な場合や、光の指向性を多少コントロールしたい場合には、拡散板５Ｄの表面に例えば厚み数１００μｍ程度の拡散シートがさらに設けられることもある。
ここで、光源ランプ５Ｃには、冷陰極管（ＣＣＦＬ）が一般的に用いられるが、例えば、Red（617nm）、Green（533nm）、Blue（451nm）のＬＥＤをその輝度と色のバランスを考慮した順序にライン状に並べた３波長タイプのＬＥＤを用いても構わないし、InGaN/YAG白色（擬似白色）ＬＥＤを用いても構わない。前者の方が色の再現性が高くデザイナーなどカラーを重視する人が用いる用途に適している。一方、ＬＥＤは環境も考慮した水銀レスということで使用されるケースが増大してきている。
【０００６】
バックライトユニット３の光学シート４は、入射する光の指向性をプリズム部によってコントロールしてからこの光を出射するプリズムシート６（図３の場合、光の指向性を液晶表示装置１の上下方向でコントロールするために１枚だけ設けられているが、左右方向でもコントロールするために、９０°向きを変えた角度でもう１枚設けられている場合もある）と、プリズムシート６から出射された光のうち一方の偏光方向の光Ｌ１（液晶パネル２で使用される光、例えばｐ偏光の光）を透過するとともに他方の偏光方向の光Ｌ２（液晶パネル２で使用されない光、例えばｓ偏光の光）を反射する反射型偏光分離シート７とを備えている（例えば特許文献１参照）。
そのため、バックライトユニット３が液晶パネル２に照射する光は、光源手段５の光がプリズムシート５によって指向性をコントロールされてから反射型偏光分離シート７によって分離されたｐ偏光の光Ｌ１となる。
【０００７】
ここで、光学シート４におけるプリズムシート６は、光源手段５から照射された拡散性を有する光の指向性を、液晶パネル２の有効表示領域に向けて方向付けるようにコントロールすることにより、光の利用効率を高める働きをする。
また、光学シート４における反射型偏光分離シート７も、プリズムシート６から出射された光のうち液晶パネル２で使用されないｓ偏光の光Ｌ２を反射することにより、このｓ偏光の光Ｌ２を再利用するようにして、光の利用効率を高める働きをする。
【特許文献１】特表平９−５０６９８５号公報（第１１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、反射型偏光分離シート７で反射したｓ偏光の光Ｌ２は、プリズムシート６を透過して光源手段５まで戻り、この光源手段５の散乱反射層５Ｂで偏光方向が乱れるように散乱反射することにより、再利用される。しかしながら、光源手段５には、拡散板５Ｄ（及び拡散シート）以外にも種々のフィルムが使用されており、これらを光が透過する際にロスが生じてしまうという問題がある。とくに、拡散板５Ｄは厚みが２ｍｍ程度と大きいため、この拡散板５Ｄを透過するときの光のロスが非常に大きくなってしまう。
つまり、図３に示す液晶表示装置１では、光の利用効率を高めるために上記のような光学シート４を用いたのにも関わらず、十分に光の利用効率を高めることができないのが現状であった。
【０００９】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたもので、液晶パネルに対してその背面側から光を照射するバックライトユニットを備えた液晶表示装置において、光の利用効率を効果的に高めることを可能にする光学シートと、この光学シートを備えたバックライトユニットと、このバックライトユニットを備えた液晶表示装置とを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の課題を解決して、このような目的を達成するために、本発明による光学シートは、複数の単位レンズが配列されてなるレンズ部が出射面側に設けられるとともに、前記単位レンズの焦点位置に対応した開口部を有する散乱反射層が入射面側に設けられ、入射する光のうち前記開口部を通過した光の指向性を前記レンズ部によってコントロールしてからこの光を出射する光指向性コントロールシートと、前記光指向性コントロールシートから出射された光のうち一方の偏光方向の光を透過するとともに他方の偏光方向の光を反射する反射型偏光分離シートと、前記光指向性コントロールシートと前記反射型偏光分離シートとの間に充填され、前記レンズ部及び前記反射型偏光分離シートよりも低い屈折率を示す低屈折材料からなる低屈折材料層と、備えていることを特徴としている。
【００１１】
また、本発明によるバックライトユニットは、本発明の光学シートと、前記光学シートに光を照射する光源手段と、を備えていることを特徴としている。
さらに、本発明による液晶表示装置は、本発明のバックライトユニットと、前記バックライトユニットによって背面側から光が照射される液晶パネルと、を備えていることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の光学シートは、上記光指向性コントロールシートと、上記反射型偏光分離シートと、これら光指向性コントロールシート及び反射型偏光分離シートを有効に機能させるための上記低屈折材料層とを備えている。
そのため、本発明の光学シートを備えたバックライトユニットによって構成した液晶表示装置では、まず、光源手段から照射された光が光指向性コントロールシートに入射すると、この入射する光のうち散乱反射層に形成された開口部を通過した光が、その指向性をコントロールされてから反射型偏光分離シートに向けて出射される。次に、光指向性コントロールシートから出射された光が反射型偏光分離シートに入射すると、この入射する光のうち液晶パネルで使用される一方の偏光方向の光が、反射型偏光分離シートを透過して液晶パネルに向けて出射される。これに対して、入射する光のうち液晶パネルで使用されない他方の偏光方向の光は、反射型偏光分離シートで反射されて光指向性コントロールシートを再度透過することになる。
【００１３】
ここで、光指向性コントロールシートの入射面側には散乱反射層が設けられていることから、反射型偏光分離シートで反射されて光指向性コントロールシートを再度透過する光のうち、散乱反射層に形成された開口部を通過しない光は、散乱反射層で偏光方向が乱れるように散乱反射されて、反射型偏光分離シートに向けて再度出射されることにより、再利用される。
したがって、反射型偏光分離シートで反射された他方の偏光方向の光の一部を、ロスが大きく生じてしまう光源手段にまで到達させることなく、反射型偏光分離シートに向けて再度出射して、その再利用を図ることが可能となり、光の利用効率を効果的に高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態を添付した図面を参照しながら説明する。
本実施形態による液晶表示装置１０は、図１に示すように、略長方形平板状をなすパネル本体２１がその両面側を偏光板２２，２３で挟まれることによって構成された液晶パネル２０と、この液晶パネル２０の背面側に配置され、液晶パネル２０に対してその背面側から光を照射するバックライトユニット３０とを備えている。
【００１５】
バックライトユニット３０は、後述する光学シート４０と、この光学シート４０に光を照射する光源手段５０とを備えている。つまり、液晶パネル２０の背面側には、光学シート４０（後述する反射型偏光分離シート７０、低屈折材料層８０、光指向性コントロールシート６０）、光源手段５０が順次配置されているのである。
バックライトユニット３０の光源手段５０は、例えば空気の超微粒子が分散混入された白色のＰＥＴフィルムなどからなる散乱反射層５２が内面に形成された筐体５１の内部に、例えば冷陰極管（ＣＣＦＬ）などの略棒状をなす光源ランプ５３が複数配列されることによって構成されている。
【００１６】
また、光源手段５０において、複数の光源ランプ５３の出射側には、これら光源ランプ５３を覆うようにして、例えばフィラーが分散混入されたＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）、ＰＣ（ポリカーボネート）、ＣＯＰ（シクロオレフィンポリマー）などからなる例えば厚み２ｍｍ程度の拡散板５４が設けられている。
そのため、光源手段５０が光学シート４０に照射する光は、光源ランプ５３の光が拡散板５４によって拡散させられたムラなく均一化した光となる。なお、拡散板５４による光の拡散効果が不十分な場合や、光の指向性を多少コントロールしたい場合には、拡散板５４の表面に例えば厚み数１００μｍ程度の拡散シートがさらに設けられることもある。
【００１７】
バックライトユニット３０の光学シート４０は、図１及び図２に示すように、光源手段５０から照射された光が入射する光指向性コントロールシート６０と、この光指向性コントロールシート６０から出射された光が入射する反射型偏光分離シート７０と、これら光指向性コントロールシート６０及び反射型偏光分離シート７０を有効に機能させるために光指向性コントロールシート６０と反射型偏光分離シート７０との間に充填された低屈折材料層８０とを備えている。
【００１８】
光指向性コントロールシート６０は、シート本体６１における出射面側に、複数の単位レンズ６２が配列されてなるレンズ部６３が設けられるとともに、シート本体６１における入射面側に、単位レンズ６２の焦点位置に対応した開口部６５を有する散乱反射層６４が設けられることによって構成されている。この光指向性コントロールシート６０の厚みは、例えば５０〜３００μｍの範囲に設定されていることが好ましい。なお、シート本体６１とレンズ部６３とは、別体として構成されていてもよいし、一体として構成されていてもよい。
【００１９】
レンズ部６３の一例としては、例えば、略半円柱状をなす複数のシリンドリカルレンズ（単位レンズ６２）が略平行に配列されてなるレンチキュラーレンズ部や、略半球状をなす複数のマイクロレンズ（単位レンズ６２）がマトリックス状に配列されてなるマイクロレンズ部や、複数のシリンドリカルレンズ（単位レンズ６２）が略平行に配列された第１のレンズアレイと複数のシリンドリカルレンズ（単位レンズ６２）が略平行に配列された第２のレンズアレイとがそれらのシリンドリカルレンズの長さ方向を互いに交差させるように同一平面上に配置されてなるクロスレンチレンズ部などが挙げられる。
【００２０】
散乱反射層６４は、例えば白色の酸化チタン微粒子が分散混入された透明樹脂などからなり、上記のような各種のレンズ部６３に応じて、その単位レンズ６２の焦点位置に対応した開口部６５を有している。
例えば、レンズ部６３が上記レンチキュラーレンズ部とされている場合には、散乱反射層６４に形成される開口部６５がストライプ状となり、レンズ部６３が上記マイクロレンズ部やクロスレンチレンズ部とされている場合には、散乱反射層６４に形成される開口部６５がマトリックス状となる。なお、開口部６５の詳細な形状は、液晶表示装置１０としての液晶パネル２０に求められる視野角等に応じて適宜決定される。
【００２１】
図２に示すように、光源手段５０から照射された光が光指向性コントロールシート６０に入射すると、この入射する光のうち散乱反射層６４に形成された開口部６５を通過した光ＬＡが、その指向性を液晶パネル２０の有効表示領域に向けて方向付けられるようにコントロールされてから、反射型偏光分離シート７０に向けて出射される。
これに対して、入射する光のうち散乱反射層６４に形成された開口部６５を通過しない光ＬＢは、散乱反射層６４で反射されて光源手段５０まで戻り、この光源手段５０の散乱反射層５２で偏光方向が乱れるように散乱反射されることにより、再利用される。
【００２２】
反射型偏光分離シート７０は、光指向性コントロールシート６０から出射された光のうち一方の偏光方向の直線偏光を透過するとともに他方の偏光方向の直線偏光を反射するように構成されている。なお、本実施形態では、反射型偏光分離シート７０が、他方の偏光方向の直線偏光を散乱反射するものとなっている。
この反射型偏光分離シート７０の一例としては、例えば、複屈折性多層膜からなるものや、コレステリック液晶層及び位相差板からなるものなどが挙げられる。
【００２３】
図２に示すように、光指向性コントロールシート６０から出射された光が反射型偏光分離シート７０に入射すると、この入射する光のうち液晶パネル２０で使用される一方の偏光方向の光Ｌ１（例えばｐ偏光の光）が、反射型偏光分離シート７０を透過して液晶パネル２０に向けて出射される。
これに対して、入射する光のうち液晶パネル２０で使用されない他方の偏光方向の光Ｌ２は、反射型偏光分離シート７０で反射されて光指向性コントロールシート６０を再度透過することになる。
【００２４】
ここで、光指向性コントロールシート６０の入射面側には散乱反射層６４が設けられていることから、反射型偏光分離シート７０で反射されて光指向性コントロールシート６０を再度透過する光のうち、散乱反射層６４に形成された開口部６５を通過しない光ＬＸは、散乱反射層６４で偏光方向が乱れるように散乱反射されて、反射型偏光分離シート７０に向けて再度出射されることにより、再利用される。
【００２５】
低屈折材料層８０は、光指向性コントロールシート６０のレンズ部６３及び反射型偏光分離シート７０よりも低い屈折率を示す低屈折材料からなるものである。
この低屈折材料としては、例えば、もともと低い屈折率を示すアクリル系の樹脂や、空気あるいはシリカの超微粒子（大きさ１０ｎｍ〜１００ｎｍ）が分散混入された透明樹脂や、空気などが挙げられる。
【００２６】
以上説明したような本実施形態では、光源手段５０からの光が光指向性コントロールシート６０によって指向性をコントロールされてから反射型偏光分離シート７０によって分離されてなる一方の偏光方向の光Ｌ１（液晶パネル２０で使用される例えばｐ偏光の光）を、バックライト３０によって液晶パネル２０の背面に照射するようになっている。
【００２７】
そして、反射型偏光分離シート７０によって分離された他方の偏光方向の光Ｌ２（液晶パネル２０で使用されない例えばｓ偏光の光）のうち、光指向性コントロールシート６０の散乱反射層６４に形成された開口部６５を通過しない光を、ロスが大きく生じてしまう光源手段５０にまで到達させることなく、この光指向性コントロールシート６０の散乱反射層６４で偏光方向が乱れるように散乱反射させて、反射型偏光分離シート７０に向けて再度出射することにより、その再利用を図ることができる。
【００２８】
したがって、液晶表示装置１０のバックライトユニット３０に上述したような光学シート４０を設けたことによって得られる効果を存分に発揮することができ、光源手段５０における光源ランプ５３の光の利用効率を効果的に高めることができる。
つまり、従来と比較して、同じ電力を光源ランプ５３に供給するのであれば、液晶パネル２０の明るさを増大させることができ、同じ液晶パネル２０の明るさを維持するのであれば、光源ランプ５３に供給する電力を小さくすることができるのである。
【００２９】
以下、光学シート４０の具体的な一例について説明する。
まず、厚み１５０μｍのＰＥＴ（東レ社製ルミラーＳ（登録商標））を真空熱プレス成形してレンズ部６３を形成した後、白色インキ（帝国インキ社製ＥＧＳ６１１−Ａ（登録商標））をスクリーン印刷して散乱反射層６４を形成することにより、光指向性コントロールシート６０を作製した。散乱反射層６４の形成に際してスクリーン印刷を用いることにより、この散乱反射層６４に十分な厚みを与えて光の反射率を高めることができる。レンズ部６３は、レンチキュラーレンズ部とし、そのシリンドリカルレンズは、曲率半径を１００μｍ、ピッチを１５０μｍ（シリンドリカルレンズの曲率半径の１．０〜２．０倍が好ましい）とした。散乱反射層６４は、その開口部６５の幅を７０μｍ（シリンドリカルレンズのピッチの０．３〜０．７倍が好ましい）とした。
この光指向性コントロールシート６０と、複屈折性多層膜（３Ｍ社製ＤＢＥＦ−Ｄ（登録商標））からなる反射型偏光分離シート７０とを積層するとともに、これらの間に低屈折材料（旭化成社製アクリル樹脂デラグラスＡ（登録商標））からなる低屈折材料層８０を充填することにより、光学シート４０を製造した。
この光学シート４０を備えたバックライトユニット３０によって構成した液晶表示装置１０において、液晶パネル２０を前面側から見たときの正面輝度を、ＴＯＰＣＯＮ社製ＢＭ−７（登録商標）によって測定したところ、図３で説明したような液晶表示装置１と比較して１０８％の正面輝度が得られた。
【００３０】
なお、本実施形態においては、液晶パネル２０の背面側に、光源ランプ５３が複数配列されてなる光源手段５０を備え、液晶パネル２０に対してその背面側から光源ランプ５３の光を直接的に照射する、いわゆる直下型方式のバックライトユニット３０について説明しているが、これに限定されることなく、液晶パネル２０の背面側に、導光板とこの導光板の側端部に沿って取り付けられた光源ランプとからなる光源手段を備え、液晶パネル２０に対してその背面側から光源ランプの光を導光板内で多重反射させて間接的に照射する、いわゆる導光板ライトガイド方式（エッジライト方式）のバックライトユニット３０であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の実施形態による液晶表示装置を示す概略断面図である。
【図２】本発明の実施形態による光学シートを示す概略断面図である。
【図３】従来の液晶表示装置を示す概略断面図である。
【符号の説明】
【００３２】
１０  液晶表示装置
２０  液晶パネル
３０  バックライトユニット
４０  光学シート
５０  光源手段
６０  光指向性コントロールシート
６２  単位レンズ
６３  レンズ部
６４  散乱反射層
６５  開口部
７０  反射型偏光分離シート
８０  低屈折材料層
【図１】
2006030537.tif 000003
【図２】
2006030537.tif 000004
【図３】
2006030537.tif 000005