(57)【要約】【課題】光学シート、それを用いたバックライトユニット、およびディスプレイ装置において、光源イメージに起因する照度ムラを低減するとともに、光利用効率を向上することができるようにする。【解決手段】複数の光源２０ａを一方のシート面側に配置したときに複数の光源２０ａからの入射光を他方のシート面側に集光する複数のプリズム１０を備えるプリズムシート１であって、複数のプリズム１０は、複数の光源２０ａの配置位置に対応して複数のプリズム群１ａを形成し、複数のプリズム群１ａのそれぞれにおける複数のプリズム１０は、それぞれプリズム群１ａに対応する光源２０ａから直接入射する光を光源２０ａの近傍に向けて略反射するように構成されたものを用いる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の光源を一方のシート面側に配置したときに前記複数の光源からの入射光を他方のシート面側に集光する複数のプリズムを備える光学シートであって、
前記複数のプリズムは、前記複数の光源の配置位置に対応して複数のプリズム群を形成し、該複数のプリズム群のそれぞれにおける複数のプリズムは、それぞれ前記プリズム群に対応する光源から直接入射する光を前記光源の近傍に向けて略反射するように構成されたことを特徴とする光学シート。
【請求項２】
前記複数のプリズムは、
それぞれ一定方向に延ばされた、前記一方のシート面と反対側に頂角を有する略三角柱状のプリズムからなり、前記頂角が略９０°とされるとともに、前記頂角の二等分線が前記対応する光源の配置位置の近傍に向けられてなることを特徴とする請求項１に記載の光学シート。
【請求項３】
前記プリズム群内の複数のプリズムは、配列ピッチが変化された状態に配列されていることを特徴とする請求項１または２に記載の光学シート。
【請求項４】
前記複数のプリズムに対して前記一方のシート面と反対側に、光透過性を制御する光学制御シートが積層されてなることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の光学シート。
【請求項５】
前記複数のプリズム群の境界位置に対向する前記一方のシート面上に、入射光を反射する光反射層を設けたことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の光学シート。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載の光学シートと、
該光学シートに対して前記一方のシート面側から光を入射する複数の光源とを備えるバックライトユニット。
【請求項７】
請求項６に記載のバックライトユニットと、
該バックライトユニットからの光を表示光として画像表示を行う液晶表示部とからなるディスプレイ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学シート、それを用いた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。例えば、液晶テレビ等の照明に用いるのに好適な光学シート、それを用いた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。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば液晶表示装置（ＬＣＤ）に代表されるディスプレイ装置は、画像信号に応じて各画素のＯＮ／ＯＦＦが制御される液晶表示素子の背面側に、バックライトユニットを配置し、このバックライトユニットからの光を表示光として利用している。
バックライトユニットは種々の構成が知られているが、液晶表示素子の背面側に、複数の冷陰極管を平行に配列して、さらにその背面を反射板で囲った直下型のバックライトユニットがよく用いられている。このような直下型のバックライトユニットでは、光源の光強度分布が一様でないため、照度ムラが発生し易く、集光した光を光拡散板などによって拡散させたり、透過光量を制限したりすることで、照度ムラを低減している。
このようなバックライトユニットの一例として、例えば、特許文献１には、規則的に配置した複数の光源と、反射板と、光源および反射板からの光が透過する際に出射方向を制御する光制御部材（光学シート）と、光拡散シートとを少なくとも備える直下方式の照明装置であって、光源が略線状であり、光入射側から光出射側に向かって反射板、光源、光制御部材、光拡散シートがこの順に配置され、光制御部材の光源からの光が入射する面または光が主に出射する面の少なくとも１面に光源の長手方向と略平行な帯状の凹凸形状が周期的に形成され、光拡散シートの光出射面に複数の凸部が形成されているものが記載されている。
【特許文献１】特開２００６−２５３０１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記の従来の光学シート、それを用いたバックライトユニット、およびディスプレイ装置には、以下のような問題があった。
特許文献１に記載の技術では、光制御部材に楕円形断面などの傾斜角度が変化する凹凸形状を設けることで、入射角度に応じた輝度ムラを抑えようとしている。
このような構成では、入射光の入射角に応じて、光源の直上に浅い入射角で入射する光と光源から離れた位置に大きな入射角で入射する光との透過光量のバランスを制御できるが、個々の凸部が、種々の入射角の光を正面方向に透過するように種々の傾きを備える構成としている。そのため、ある程度は光源イメージに起因する照度ムラを低減することができるものの、一定の入射角の光に対する集光性能は相対的に低下している。実際には、光源から凸部に直接入射する光は、個々の凸部に対して略一定の入射角となるので、傾斜角の角度範囲が広くなるほど、集光性能が悪化することになり、光源イメージに起因する照度ムラをさらに低減しようとすれば、正面輝度が落ち、光利用効率が低下してしまうという問題がある。そのため、低消費電力を求められるノートパソコンなどの電池駆動機器などにはさらなる光利用効率の向上が求められている。
【０００４】
本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、光源イメージに起因する照度ムラを低減するとともに、光利用効率を向上することができる光学シート、それを用い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。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明では、複数の光源を一方のシート面側に配置したときに前記複数の光源からの入射光を他方のシート面側に集光する複数のプリズムを備える光学シートであって、前記複数のプリズムは、前記複数の光源の配置位置に対応して複数のプリズム群を形成し、該複数のプリズム群のそれぞれにおける複数のプリズムは、それぞれ前記プリズム群に対応する光源から直接入射する光を前記光源の近傍に向けて略反射するような構成とする。
この発明によれば、光源からの光が、光学シートに到達すると、入射光は、各プリズム群に対応する光源の近傍に向けて略反射される。このため、各プリズム群に直接入射してそれぞれに対応する光源の像を結ぶ光は、光学シートを略透過せず、プリズムを透過する光は、一方のシート面の空間で散乱反射された光となり、光学シートを透過した光からは光源のイメージが観察されない状態となる。このため、光源イメージに起因する照度ムラが抑制される。
【０００６】
請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の光学シートにおいて、前記複数のプリズムは、それぞれ一定方向に延ばされた、前記一方のシート面と反対側に頂角を有する略三角柱状のプリズムからなり、前記頂角が略９０°とされるとともに、前記頂角の二等分線が前記対応する光源の配置位置の近傍に向けられてなることを構成とする。
この発明によれば、頂角が略９０°とされた略三角柱状のプリズムが、頂角の二等分線を光源の配置位置に近傍に向けるので、光源から直接入射する光が、一定方向に沿う光源の配置位置近傍に反射される。例えば、プリズムを屈折率１．５前後の一般的な透明材料で作製すれば、２回の全反射により光源位置近傍に反射される。そのため、プリズムにおいて光量損失を起こすことなく、戻り光を再利用することができる。
ここで、略９０°の範囲は、照度ムラを低減する程度に応じて適宜設定することができるが、例えば、９０°±５°の範囲が好ましい。
また、略三角柱状とは、頂角に加工上必要な微小な丸みや平面部が形成されている場合や、三角柱状の２つの側面が曲率を有している場合を含むものとする。
【０００７】
請求項３に記載の発明では、請求項１または２に記載の光学シートにおいて、前記プリズム群内の複数のプリズムは、配列ピッチが変化された状態に配列されている構成とする。
この発明によれば、プリズム群内の複数のプリズムの配列ピッチを変化させて配列することで、頂角の二等分線の傾斜が大きい場合でも、製造が容易な形状に形成することができる。
また、配列ピッチをランダムに変えた場合には、プリズムの配置の規則性に基づく照度ムラやモアレ模様なども併せて防止することができる。
【０００８】
請求項４に記載の発明では、請求項１〜３のいずれかに記載の光学シートにおいて、前記複数のプリズムに対して前記一方のシート面と反対側に、光透過性を制御する光学制御シートが積層されてなる構成とする。
この発明によれば、例えば、プリズムの透過光の拡散度合いを制御して、視野角を変化させる光拡散シートや、プリズムの透過光の偏光特性を制御して、偏光分布に基づく照度ムラを制御する偏光フィルムや、正面輝度を向上するための輝度上昇フィルムなどの光学制御シートを積層することにより、例えば、視野角や、偏光特性や、正面輝度などの光透過性を向上させることができる。
【０００９】
請求項５に記載の発明では、請求項１〜４のいずれかに記載の光学シートにおいて、前記複数のプリズム群の境界位置に対向する前記一方のシート面上に、入射光を反射する光反射層を設けた構成とする。
この発明によれば、光反射層により、プリズム群と対応する光源との間に開口が形成され、隣接する光源から入射する光を光反射層によって光源側に戻すことができるので、隣接する光源からの入射光による照度ムラを低減するとともに、光利用効率を向上することができる。
【００１０】
請求項６に記載の発明では、バックライトユニットにおいて、請求項１〜５のいずれかに記載の光学シートと、該光学シートに対して前記一方のシート面側から光を入射する複数の光源とを備える構成とする。
この発明によれば、請求項１〜５のいずれかに記載の光学シートを用いるので、請求項１〜５のいずれかに記載の発明と同様の作用効果を備える。
【００１１】
請求項７に記載の発明では、ディスプレイ装置において、請求項６に記載のバックライトユニットと、該バックライトユニットからの光を表示光として画像表示を行う液晶表示部とからなる構成とする。
この発明によれば、請求項１〜６のいずれかに記載の光学シートを用いた請求項５に記載のバックライトユニットを用いるので、請求項１〜６のいずれかに記載の発明と同様の作用効果を備える。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の光学シート、それを用いたバックライトユニット、およびディスプレイ装置によれば、光学シートの各プリズム群に対応する光源からの直接の入射光を対応する光源の配置位置近傍に反射させることができるので、光源イメージに起因する照度ムラを低減するとともに、光利用効率を向上することができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下では、本発明の実施形態について添付図面を参照して説明する。すべての図面において、実施形態が異なる場合であっても、同一または相当する部材には同一の符号を付し、共通する説明は省略する。
【００１４】
本発明の実施形態に係る光学シートについて、それを用いたバックライトユニット、ディスプレイ装置とともに説明する。
図１は、本発明の実施形態に係るディスプレイ装置の概略構成を示す模式的な断面図である。図２は、本発明の実施形態に係るバックライトユニットの概略構成を示す模式的な部分断面図である。図３は、本発明の実施形態に係る光学シートのプリズムの形状を説明する模式説明図である。なお、各図は模式図のため寸法比は誇張され、一部の部材個数は過少に描かれている（以下も同じ）。
【００１５】
本実施形態のディスプレイ装置１００は、図１に示すように、光源部２０、プリズムシート１（光学シート）、および液晶表示部２２がこの順に積層され、液晶表示部２２から、図示上側に向けて、画像信号によって表示制御された表示光を出射することで、平面視矩形状の画像を表示するものである。
光源部２０とプリズムシート１とは、バックライトユニット２３を構成している。
以下では、このような配置に基づいて、図１の上方向を単に表示画面側、下方向を単に背面側と称する場合がある。
【００１６】
光源部２０は、本実施形態では、図１に示すように、紙面奥行き方向に延びるライン状の発光部が図示左右方向に離間して配置された複数の光源２０ａと、これら光源２０ａからの光を散乱反射させるため背面側から覆って表示画面側が開口された反射板２０ｂとで構成される直下型方式を採用している。
光源２０ａは、適宜の線状光源を採用することができるが、本実施形態では、一例として冷陰極管を採用している。
【００１７】
プリズムシート１は、光源部２０から表示画面側に出射される光の一部を集光して、表示画面側に透過させ、他の光を光源部２０側に反射して光源部２０に再入射させるものである。本実施形態では、透明樹脂で形成されたシート状または平板状の基材部１ｂの光源部２０と反対側の面に、光源２０ａと同方向の図示奥行き方向に延在して形成された複数のプリズム群１ａが設けられてなる。
プリズム群１ａは、光源２０ａの延在方向と直交する方向（図示左右方向）に、光源２０ａの配列ピッチｕ（図２参照）と同ピッチで配置されている。
プリズム群１ａの断面形状は図１では模式的に表されており、具体的には、図２に示すように、断面形状がそれぞれ異なる略三角柱状の複数のプリズム１０が、プリズム群１ａ内で、プリズム群１ａの配列方向と同方向に互いに平行に配列されている。
以下では、プリズム群１ａの正面に対向する光源２０ａを、プリズム群１ａに対応する光源２０ａと称する。
【００１８】
ここで、図３を参照して、プリズム１０の断面形状について説明する。
各プリズム１０の延在方向に直交する断面は、基材部１ｂと点Ａで交差し基材部１ｂに対して角度αだけ傾斜された境界面１０ａと、基材部１ｂと点Ｂで交差し基材部１ｂに対して角度βだけ傾斜された境界面１０ｂとをプリズムの屈折面として備え、境界面１０ａ、１０ｂとが交差する位置にプリズム頂点Ｐが形成されている。
ただし、境界面１０ａ、１０ｂの交差部分は、例えば加工上などの理由から、角Ｒ（丸み）が設けられたり、面取りが施されたりした形状とされていてもよく、このような場合には、プリズム頂点Ｐは、境界面１０ａ、１０ｂの延長線上に形成される仮想的な交点を意味する。
プリズム１０の頂角∠ＡＰＢ＝θｔは、本実施形態では９０°としている。
また、プリズム群１ａ内の各プリズム１０の境界面１０ａ、１０ｂは、いずれも図３に示すプリズム１０の延在方向に直交する平面内で、光源２０ａの光源中心Ｑとプリズム頂点Ｐとを結ぶ光線ｄが、∠ＡＰＢの二等分線となるような位置に形成される。すなわち、基材部１ｂとプリズム１０との界面における光線ｄの交点を点Ｃとすると、∠ＣＰＡ＝∠ＣＰＢ＝θｔ／２に設定する。
ここで、図示では簡略化して光線ｄを直線に描いているが、基材部１ｂへの入射時における屈折あるいは基材部１ｂからプリズム１０への入射時における屈折がある場合には、その分を考慮してプリズム頂点Ｐの位置が決定される。
【００１９】
また、プリズム頂点Ｐの高さｈは、プリズム１０の底辺ＡＢの長さである配列ピッチＷから決定される。
配列ピッチＷは、各プリズム１０において一定値をとるようにしてもよいし、プリズム群１ａ内で規則的、あるいは段階的に変化させたり、不規則に変化させたりしてもよい。
例えば、配列ピッチＷが一定であると、場合によっては、プリズム群１ａ内の周縁のプリズム１０でプリズム頂点Ｐの高さが低くなりすぎ、加工上、形状精度が出しにくくなる可能性があるが、このような場合、配列ピッチＷを周縁側で大きくすることで、形状精度を出しやすい高さにすることができる。
また、配列ピッチＷが規則的であると、液晶表示部２２の画素ピッチなどによっては、モアレが発生する可能性があるが、このような場合、配列ピッチＷを不規則とすることによって、モアレを防止することができる。
【００２０】
プリズムシート１は、例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）樹脂、ポリカーボネート（ＰＣ）樹脂、メチルメタクリレート−スチレン共重合（ＭＳ）樹脂、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、シクロオレフィンポリマー（ＣＯＰ）等の透明樹脂材料を用いて、周知の押し出し成形法、射出成形法、あるいは熱プレス成形法によって形成することができる。もしくは紫外線（ＵＶ）硬化性樹脂などの放射線硬化性樹脂を用いて成形することができる。
基材部１ｂ、各プリズム群１ａは、それぞれ、上記材質のうちから、同一あるいは異なる材質を用いて一体成形してもよいし、また、上記材質のいずれかで形成されたフィルム状あるいはシート状の基材部１ｂ上に、上記材質のいずれかからなるプリズム群１ａを、例えばキュアリング成形してもよい。
【００２１】
液晶表示部２２は、例えば、配向膜、透明電極が形成された２枚の封止基板の間に液晶を封入するなどして構成され、さらに上下を偏光板で挟むことにより、矩形格子状に形成された複数の画素領域ごとに、画像信号に応じて光の透過状態を制御する液晶シャッタを構成するものである。
【００２２】
次に、ディスプレイ装置１００の作用について、プリズムシート１の作用を中心に説明する。
図４は、本発明の実施形態に係る光学シートの作用を説明する模式的な断面図である。図５は、本発明の実施形態に係る光学シート、および比較例に係る光学シートの輝度分布を示すグラフである。横軸は放射角（単位、ｄｅｇ）、縦軸は相対光強度を示す。ここで、相対光強度は、それぞれのピーク強度を１としている。図６は、本発明の実施形態に係る光学シートの照度分布のシミュレーション結果の一例を示す照度分布図である。図７は、比較例に係る光学シートの照度分布のシミュレーション結果の一例を示す照度分布図である。図６、７は、いずれもＸ（ｍｍ）が光源の延在方向の位置、Ｙ（ｍｍ）がプリズムの配列方向の位置を示す。また、グレースケールの区分けを示す数値は、同一の基準照度に対する照度を表す相対値である。
【００２３】
光源２０ａは、本実施形態では冷陰極管を用いているので、光源２０ａから出射された光は、表示画面側に向かってプリズムシート１に直接入射する光と、背面側に向かって、反射板２０ｂに反射してからプリズムシート１に入射する光とがある。
例えば、図４の示すように、プリズム１０の延在方向に直交する面（図示紙面）内において、光源２０ａの直上に位置するプリズム１０Ａと、それから角度φだけずれた方向に位置プリズム１０Ｂとを考え、光線ＬＡ、ＬＢとして、光源２０ａの中心Ｑとプリズム１０Ａ、１０Ｂのプリズム頂点ＰＡ、ＰＢとを結ぶ光線ｄＡ、ｄＢに平行に進むものを考える。
このような光線ＬＡに対しては、プリズム１０Ａは、上記のような屈折率１．５前後の透明材料では、光線ＬＡは、境界面１０ｂ、１０ａで全反射され、図示紙面内では再帰性反射プリズムとして振る舞うため、光線ｄＡに平行に進んで光源２０ａ上に戻る。そして、光源２０ａで反射されたり、光源２０ａを透過し反射板２０ｂで反射されたりすることで、一部の光が、光線ＬＡとは異なる経路をたどって、プリズム１０に再入射する。
【００２４】
このような光路は、光源２０ａから、紙面奥行き方向に傾いて出射される光にも容易に拡張して理解することができる。この場合、プリズム１０の延在方向から見ると図４と同様の光路をたどって、紙面奥行き方向において出射位置から離間した位置の光源２０ａ上に反射される。以下では、主として、図４の紙面内の光線の光路について説明するが、紙面奥行き方向に傾斜を有する場合にも同様にして一般化することができる。
【００２５】
図４の紙面内で、光線ＬＡとわずかに異なる角度で、プリズム１０Ａに入射する場合、プリズム１０の屈折率にもよるが、例えば、屈折率１．５の場合、±４．７°程度の角度であれば、出射方向と逆方向に反射される。このため、光源２０ａから直接プリズム１０Ａに入射する光は、ほとんど光源２０ａ上に一旦反射され、プリズム１０Ａを直接透過する光が抑制される。
【００２６】
一方、光線ＬＢは、プリズム１０Ａとは異なるプリズム１０Ｂに光線ｄＢに平行に入射する。この場合、もし、プリズム１０Ｂが、プリズム１０Ａと同形状、同材質であるとすると、角度φが４．７°より大きい場合に、例えば、光線ＬＣのようにして透過してしまうが、プリズム１０Ｂでは、光線ｄＢがプリズム１０Ｂのプリズム頂角の二等分線になっているので、図示紙面内で光線ｄＢに対して、４．７°よりも小さな傾きを有する光線については、再帰性反射プリズムとして振る舞うため、境界面１０ａ、１０ｂでそれぞれ全反射されて、光源２０ａ上に反射される。
したがって、プリズム１０Ｂにおいても、光源２０ａから直接プリズム１０Ｂに入射する光は、ほとんど光源２０ａ上に一旦反射され、プリズム１０Ｂを直接透過する光が抑制される。
【００２７】
一方、光源２０ａから背面側に出射された光や、プリズム１０から光源２０ａ上に反射された光は、光源２０ａや反射板２０ｂなどによって散乱反射されることで、種々の入射角で各プリズム１０に入射し、境界面１０ａ、１０ｂに対して入射角が臨界角以上の光線が表示画面側に透過される。その際、透過光は、境界面１０ａ、１０ｂでの屈折による集光作用を受ける。
したがって、プリズムシート１から出射されるのは、光源２０ａから反射板２０ｂなどを通して散乱反射された光を集光したものほとんどであり、光源部２０から直接入射して透過する光はきわめて少なくなる。このため、プリズムシート１の表示画面側から観察すると、光源２０ａの光源の像を結ぶ光はきわめて少ない状態であり、各光源２０ａに対応するプリズム群１ａによって光源イメージに起因する照度ムラが低減される。
【００２８】
プリズムシート１を透過した光は、液晶表示部２２に入射し、液晶表示部２２では、画像信号に基づいて不図示の駆動部によって制御された各画素領域の偏光状態に応じて、所定の画素領域からの光が表示光として透過され、画像表示が行われる。
このとき、プリズムシート１を透過した光は、光源イメージによる照度ムラが抑制されるとともに、プリズム１０の集光作用によって、正面輝度が良好となっているので、画質の良好な画像を表示することができる。
【００２９】
ここで、プリズムシート１の輝度分布の測定結果、および照度ムラのシミュレーション結果について、従来技術に係る比較例とともに説明する。
計算に用いたプリズムシート１の諸元は、基材部１ｂは、材質がＰＥＴ（屈折率１．５７）、厚さ９５μｍであり、プリズム１は、材質が屈折率１．５５の一般的な紫外線硬化型樹脂、プリズム頂角＝９０°、配列ピッチＷ＝５０μｍである。光源２０ａとプリズムシート１との距離は、１５ｍｍとした。
一方、比較例のプリズムシートは、基材部が基材部１ｂと同じで、その一方の面に、プリズムシート１と同様な材質、配列ピッチＷでの直角二等辺三角形断面を有するプリズムを配列したものである。
【００３０】
図５にプリズムシート１と比較例のプリズムシートの輝度分布を示す。ここで放射角０ｄｅｇは、プリズムシート１の法線方向、すなわち、図４の光線ｄＡに沿う方向を示す。
プリズムシート１の輝度分布は、図５の曲線２００に示すように、放射角０ｄｅｇから約３５ｄｅｇの間で相対光強度が約０．８５〜１の略平坦な分布を示し、放射角約３０ｄｅｇから約５５ｄｅｇにかけて急峻に減少し、放射角約５５ｄｅｇから９０ｄｅｇの間でより緩やかに減少する分布を示す。
一方、比較例のプリズムシートでは、図５の曲線２０１に示すように、放射角０ｄｅｇから約３５ｄｅｇまでは、相対光強度０．８５以上の良好な輝度を示すが、放射角約３５ｄｅｇから約５０ｄｅｇの範囲で、相対光強度が略０まで急激に減少して谷部２０１ａが形成され、放射角約５０ｄｅｇから９０ｄｅｇまでの間で、放射角約６８ｄｅｇで相対光強度約０．２６にピーク値を有する山形の分布（こぶ状部２０１ｂ）が形成されている。
したがって、プリズムシート１と比較例とは、ともに、放射角が小さい範囲では、良好な輝度を有する点は同様であるが、比較例が、放射角約４５ｄｅｇで輝度が０となり、約６８ｄｅｇの方向に小さな輝度ピークを有するこぶ状部２０１ｂを伴った輝度分布を有するのに対して、プリズムシート１の輝度分布は、放射角が増大するにつれて、徐々に輝度が低下する分布を示し、約６８ｄｅｇ近辺の相対光強度も比較例に比べて小さくなっている。したがって、輝度ムラが少なく、良好な視野角が得られる。そのため、良好な画像を観察することができるものである。
【００３１】
比較例のプリズムシートにおける谷部２０１ａ、こぶ状部２０１ｂのような輝度分布は、比較例の各プリズムの断面形状が均一であるため、それらの出射光が重ね合わされて指向性を持った光となるために発生する。
一方、プリズムシート１では、隣り合うプリズム１０の断面形状が異なるため、同一入射角でも各プリズム１０からの出射方向がそれぞれ異なるため、それらが重ね合わされて指向性が弱められ、こぶ状部２０１ｂなどを有しない輝度分布が得られている。
【００３２】
ここで、プリズム頂角の大きさと輝度分布の関係について説明する。
プリズム頂角の大きさを変えると、反射性能が変化するため、輝度ムラが変化する。そこで、プリズムシート１において、プリズム頂角のみを８０°〜１００°まで変えて、他の諸元を上記と同様にしたものを作製し、輝度ムラを目視評価した結果を次の表１に示す。
【００３３】
【表１】
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【００３４】
ここで、目視評価は、プリズムシートの透過光を目視して、輝度ムラの程度を観察し、輝度ムラが少ない方から、非常によい（◎）、よい（○）、悪い（×）の三段階の判定を行った。
表１の結果より、プリズム頂角は、９０°が最も良好であり、９０°±５°の範囲で良好となっていることが分かる。したがって、プリズムシート１のプリズム頂角は、略９０°であればよく、少なくとも８５°〜９５°の範囲で変化させてもよいことが分かる。
このようにプリズム頂角が９０°と異なる場合、プリズム１０で反射された光は、光源２０ａ上もしくは光源２０ａの近傍に戻ることになるが、光源イメージが観察されにくくするには、光源２０ａから直接に入射する光の透過を抑制することが重要である。このため、戻り光は必ずしも光源２０ａ上に戻す必要はなく、光源２０ａの近傍に戻すことができれば十分である。また、光源部２０内に反射できれば、光利用効率を向上するが可能である。
【００３５】
次に、図６、７に、それぞれ、プリズムシート１、比較例の照度分布のシミュレーション結果を示す。
いずれも図示Ｙ方向（縦方向）の３箇所の位置に、光源を配置しその間隔を１４．７６ｍｍとした。そして光源２０ａの背面に５ｍｍ離して配置した反射板２０ｂでの反射を含めた光源からの光線追跡を行って、約４４ｍｍ×４４ｍｍの正方形の範囲の正面輝度（放射角０°）の各位置での照度を計算し、照度の大きさを、各位置におけるグレースケール画像で表したものである。図中のスケールに示すように、白色に近いほど高輝度を表す。
図７に結果を示す比較例では、光源２０ａの配置位置の直上において、光源２０ａのイメージに応じた帯状の高輝度領域が形成されるのに対して、図６に示すプリズムシート１では、光源２０ａの配置位置に対応する照度ムラは観察されず、全体的に照度が均一化されていることが分かる。
【００３６】
以上に説明したように、本実施形態のプリズムシート１、バックライトユニット２３、ディスプレイ装置１００では、プリズムシート１の各プリズム群１ａに対応する光源２０ａからの直接の入射光を対応する光源位置近傍に反射させることができるので、光源イメージに起因する照度ムラを低減するとともに、光利用効率を向上することができる。
【００３７】
次に、本実施形態の光学シートの第１変形例について説明する。
図８は、本発明の実施形態の第１および第２変形例に係る光学シートを用いたバックライトユニットの概略構成を示す模式的な部分断面図である。
【００３８】
本変形例のバックライトユニット２３Ａは、図８に示すように、上記実施形態のプリズムシート１に代えて、光学シート２１Ａを備える。
光学シート２１Ａは、上記実施形態のプリズムシート１と、プリズムシート１の表示画面側に積層配置された光拡散シート２（光学制御シート）とからなる。以下、上記実施形態と異なる点を中心に説明する。
【００３９】
光拡散シート２は、プリズムシート１から出射された光を拡散させることで、光透過性を制御するものである。
この光拡散シート２は、透明樹脂とこの透明樹脂の中に分散された透明粒子とを具備して構成されており、これら透明樹脂の屈折率と透明粒子の屈折率が異なるものとされる。透明樹脂の屈折率と透明粒子の屈折率の差は、０．０２以上であることが望ましい。屈折率の差がこれより小さいと十分な光散乱性能が得られない。また、屈折率差は、０．５以下であることが好ましい。
なお、光拡散シート２は、光拡散シート２に入射した光を散乱させつつ、表示画面側に透過させる必要がある。このため、光拡散シート２に含まれる透明粒子の平均粒径は、０．５μｍ〜１０．０μｍであることが望ましく、より好ましくは１．０μｍ〜５．０μｍである。
【００４０】
光拡散シート２の透明樹脂としては、例えば、ＰＣ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、メチルスチレン樹脂及びフルオレン樹脂等を使用することができる。
また、光拡散シート２の透明粒子としては、無機酸化物からなる透明粒子又は樹脂からなる透明粒子が使用できる。例えば、無機酸化物からなる透明粒子としてはシリカやアルミナ等からなる粒子を挙げることができる。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や、メラミン−ホルマリン縮合物の粒子や、例えばポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ペルフルオロアルコキシ樹脂（ＰＦＡ）、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（ＦＥＰ）、ポリフルオロビニリデン（ＰＶＤＦ）、及びエチレン−テトラフルオロエチレン共重合体（ＥＴＦＥ）等の含フッ素ポリマー粒子や、シリコーン樹脂粒子等を挙げることができる。これら透明粒子は、２種類以上を混合して使用してもよい。
そして、これら透明樹脂中に透明粒子を分散して、押し出し成形することにより、板状の光拡散シート２を製造することができる。光拡散シート２の厚さは、１ｍｍ〜５ｍｍであることが望ましい。１ｍｍ未満の場合、光拡散シート２は薄くこしがないのでたわみやすくなってしまう。一方、５ｍｍを越えると、光源部２０からの光の透過率が悪くなってしまう。
本実施形態では、一例として、透明樹脂として、屈折率１．５７のＭＳ樹脂、透明粒子として、屈折率１．５０のＭＳ樹脂フィラーを採用し、厚さは３．０ｍｍとしている。
【００４１】
また、光学シート２１Ａは、図示のように、プリズムシート１と離間して配置してもよいし、互いに当接して積層一体化してもよい。
離間して配置する場合には、プリズムシート１に積層一体化する場合に比べて、少ない拡散度合いでも良好な拡散性能を得ることができるので光利用効率を向上することができる。
また、プリズムシート１に積層一体化する場合には、離間する場合に比べて、拡散度合いを高める必要があるものの、取り扱いが容易となり、バックライトユニット２３Ａを組み立てる手間も低減されるので、製造効率を向上することができる。
【００４２】
このような構成によれば、プリズムシート１から出射された光を拡散させ、照度ムラを低減するとともに、表示光に適宜の視野角を付与することができる。
この場合、プリズムシート１によって、すでに、光源イメージに起因する照度ムラは抑制されているので、それ以外の照度ムラを解消するような拡散性能を備えればよいため、光源イメージの照度ムラを解消させなければならない場合に比べて、光拡散シート２における光量損失を低減することができる。
【００４３】
次に、本実施形態の光学シートの第２変形例について説明する。
本変形例のバックライトユニット２３Ｂは、上記実施形態のプリズムシート１に代えて、光学シート２１Ｂを備える。
光学シート２１Ｂは、図８に示すように、上記実施形態のプリズムシート１と、プリズムシート１の表示画面側に積層配置された偏光フィルム３（光学制御シート）とからなる。以下、上記実施形態と異なる点を中心に説明する。
【００４４】
偏光フィルム３は、プリズムシート１から出射された光の一定の偏光成分のみを透過させることで、光透過性を制御するものである。
このような構成によれば、画像表示に最適な偏光成分を取り出すことができる。
偏光フィルム３は、第１変形例の光拡散シート２と同様に、プリズムシート１と離間して設けてもよいし、プリズムシート１に積層一体化してもよい。積層一体化した場合には製造効率を向上することができる。
【００４５】
次に、本実施形態の光学シートの第３変形例について説明する。
図９は、本発明の実施形態の第３変形例に係る光学シートを用いたバックライトユニットの概略構成を示す模式的な部分断面図である。
【００４６】
本変形例のバックライトユニット２３Ｃは、図９に示すように、上記実施形態のプリズムシート１に代えて、光学シート２１Ｃを備える。
光学シート２１Ｃは、上記実施形態のプリズムシート１と、プリズムシート１の表示画面側に積層配置された輝度上昇フィルム４（光学制御シート）とからなる。以下、上記実施形態と異なる点を中心に説明する。
【００４７】
輝度上昇フィルム４は、プリズムシート１の基材部１ｂと同様な基材部４ｂと、基材部４ｂの表示画面側に設けられたプリズム部４ａとからなる。
プリズム部４ａは、プリズムシート１から出射された光を集光させることで、光透過性を制御するものである。
プリズム部４ａとしては、一定の三角形断面を有する三角柱状の複数のプリズムを光源２０ａの延在方向に沿って延ばすとともに、延在方向に直交する方向に平行に配列したものを採用することができる。各プリズムの三角形断面は、直角二等辺三角形であることが好ましい。
【００４８】
このような構成によれば、プリズムシート１から出射された光をさらに集光することができるので、正面輝度をさらに向上することができる。
プリズムシート１は、第１変形例の光拡散シート２と同様に、プリズムシート１と離間して設けてもよいし、プリズムシート１に積層一体化してもよい。積層一体化した場合には製造効率を向上することができる。
【００４９】
次に、本実施形態の光学シートの第４変形例について説明する。
図１０は、本発明の実施形態の第４変形例に係る光学シートを用いたバックライトユニットの概略構成を示す模式的な部分断面図である。
【００５０】
本変形例のバックライトユニット２３Ｄは、図１０に示すように、上記実施形態のプリズムシート１に代えて、プリズムシート１Ａ（光学シート）を備える。
プリズムシート１Ａは、上記実施形態のプリズムシート１の背面側において、各プリズム群１ａの境界部に対向する位置に、ストライプ状の光反射層１ｃを形成したものである。以下、上記実施形態と異なる点を中心に説明する。
【００５１】
光反射層１ｃは、光反射性を有する適宜の材質を用いることができる。例えば、金属粒子、または、例えば二酸化チタンなどの高屈折率透明粒子を分散混合してなるインキを塗布形成、または転写形成したもの、金属箔をラミネート形成したもの、金属材料を蒸着したものなどを採用することができる。
光反射層１ｃの幅は、光源２０ａから基材部１ｂに対して直接入射する光を、光源２０ａが対向するプリズム群１ａ側に透過できるような開口部を形成できるような幅に設定する。
また、光反射層１ｃの反射率は、光源部２０の光の利用効率を向上するために、表示光として用いる可視光の波長範囲の反射率を高反射率とすることが好ましい。例えば、波長５４０ｎｍでの反射率が８０％以上となるようにすることが好ましい。
【００５２】
このような構成によれば、光源２０ａから対向するプリズム群１ａに入射する光は、光反射層１ｃの間を透過して、プリズム群１ａに入射し、各プリズム１０によって、光反射層１ｃ間の開口を通って、光源２０ａ上に反射される。
一方、光源２０ａから、光源２０ａに対応するプリズム群１ａに隣接するプリズム群１ａに向かう光は、その一部が、光反射層１ｃによって光源部２０側に反射される。そのため、隣接するプリズム群１ａから斜め方向に透過する光が抑制され、プリズムシート１Ａから表示画面側に向かう光の輝度分布が良好となるとともに、光利用効率を向上することができる
【００５３】
次に、本実施形態の光学シートの第５変形例について説明する。
図１１は、本発明の実施形態の第５変形例に係るバックライトユニットに用いる光源の概略構成を示す模式的な斜視図である。
【００５４】
本変形例は、上記実施形態の複数の光源２０ａに代えて、図１１に示す複数の線状光源３０（光源）を備える。
線状光源３０は、一方向に延設された支持体３１上に、例えば、ＬＥＤなどの面光源からなる複数の発光素子３２が配列され、発光素子３２をプリズムシート１に対向させた状態で、光源２０ａと同様に配置したものである。
このような線状光源３０によれば、各発光素子３２の放射光が重ね合わされることで、表示画面側には、線状光源３０の延在方向で線状とされ、延在方向に直交する断面内で、所定の放射角範囲を有する放射光分布が形成される。
このため、表示画面側に直接出射される光の角度範囲が狭いこと、および背面側に直接出射される光が存在しない点以外は、光源２０ａと同様である。
したがって、発光素子３２から表示画面側に出射され、プリズムシート１に直接入射する光は、上記実施形態と同様に、略線状光源３０上に反射され、反射板２０ｂ等によって散乱反射された光がプリズムシート１を透過するため、線状光源３０の光源イメージに起因する照度ムラが抑制される。
ＬＥＤ光源のように、指向性の強い光源では、光源イメージに起因する照度ムラを低減するには、拡散度合いの高い光拡散板などを用いる必要があるが、本発明では、このようなＬＥＤを用いた線状光源３０であっても、プリズムシート１に直接入射する光が抑制されるので、そのような光拡散板などを用いることなく、光源イメージに起因する照度ムラを抑制することができる。その結果、光利用効率を向上することができる。
【００５５】
ここで、線状光源３０は、白色光源として用いる場合、例えば、三原色のＲ、Ｇ、Ｂにそれぞれ対応する波長を有する発光素子３２ｒ、３２ｇ、３２ｂを一組として、１つの支持体３１上でその延在方向に複数組、配置した構成とすることができる。
この場合、本発明のプリズムシート１では、各発光素子３２ｒ、３２ｇ、３２ｂから図２の紙面奥行き方向に交差する方向に出射される光は、線状光源３０上の紙面奥行き方向の出射位置とは異なる位置に反射されるので、線状光源３０の延設方向の光源イメージも抑制し、プリズムシート１を透過する光が、反射板２０ｂなどによって散乱反射され均一化された光として、透過される作用効果がある。
したがって、線状光源３０の延設方向における輝度ムラおよび色ムラが抑制された光が透過される。
【００５６】
また、線状光源３０を白色光源として用いる他の構成としては、すべての発光素子３２が発光素子３２ｒからなる線状光源３０Ｒ、すべての発光素子３２が発光素子３２ｇからなる線状光源３０Ｇ、すべての発光素子３２が発光素子３２ｂからなる線状光源３０Ｂの３本を一組として、それを複数組平行に配列した構成を採用することもできる。
この場合、従来技術では、光源イメージに起因する照度ムラに対応して、線状光源３０Ｒ、３０Ｇ、３０Ｂの配置に起因する光源の配列方向への色ムラが生じるが、本発明では、このような色ムラも照度ムラと同様に抑制することができるので、白色光源として好適に用いることができる。
【００５７】
なお、上記の説明では、光学シートにおける複数のプリズムが、三角柱状の場合、およびプリズムの頂角に丸みや面取りが設けられた略三角柱状の場合の例で説明したが、三角柱状の２つの側面が曲率を有しているような略三角柱状でもよい。例えば、上記実施形態の境界面１０ａ、１０ｂを、例えば楕円面や非球面などで構成してもよく、この場合、それらの曲面形状を適宜設定することによって、輝度分布の形状を調整したり、より集光効率を向上したりすることができる。
【００５８】
また、上記の説明では、複数の光源が、一方向に延びる線状光源の場合の例で説明したが、複数の光源は、複数の発光部が２次元的に離間して配置された点状光源であってもよい。この場合、各プリズム群も複数の光源に対応して２次元的に配置される。
【００５９】
また、上記の説明では、ディスプレイ装置として、特にカラー表示の構成について説明しなかったが、例えば、液晶表示部２２とプリズムシート１との間などにカラーフィルタを設けるといった周知の構成を付加すれば、カラー表示を行うディスプレイ装置にも適用できることは言うまでもない。
【００６０】
また、上記の実施形態、各変形例のすべての構成要素は、技術的に可能であれば、本発明の技術的思想の範囲で、適宜組み合わせて実施することができる。
例えば、上記第１〜５変形例は、それぞれの光制御シートおよび光反射層を任意の組合せで備えた構成としてもよい。例えば、プリズムシート１、輝度上昇フィルム４、光拡散シート２をこの順に備えた構成としてもよい。
また例えば、プリズムシート１と２枚の輝度上昇フィルム４を備え、輝度上昇フィルム４を互いに９０°交差する方向に配置してよい。この場合、光源２０ａの延在方向に直交する方向の集光性を向上し、正面輝度を向上することができる。
また上記に説明したすべてのバックライトユニットは、液晶表示部２２と組み合わせてディスプレイ装置を構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明の実施形態に係るディスプレイ装置の概略構成を示す模式的な断面図である。
【図２】本発明の実施形態に係るバックライトユニットの概略構成を示す模式的な部分断面図である。
【図３】本発明の実施形態に係る光学シートのプリズムの形状を説明する模式説明図である。
【図４】本発明の実施形態に係る光学シートの作用を説明する模式的な断面図である。
【図５】本発明の実施形態に係る光学シート、および比較例に係る光学シートの輝度分布を示すグラフである。
【図６】本発明の実施形態に係る光学シートの照度分布のシミュレーション結果の一例を示す照度分布図である。
【図７】比較例に係る光学シートの照度分布のシミュレーション結果の一例を示す照度分布図である。
【図８】本発明の実施形態の第１および第２変形例に係る光学シートを用いたバックライトユニットの概略構成を示す模式的な部分断面図である。
【図９】本発明の実施形態の第３変形例に係る光学シートを用いたバックライトユニットの概略構成を示す模式的な部分断面図である。
【図１０】本発明の実施形態の第４変形例に係る光学シートを用いたバックライトユニットの概略構成を示す模式的な部分断面図である。
【図１１】本発明の実施形態の第５変形例に係るバックライトユニットに用いる光源の概略構成を示す模式的な斜視図である。
【符号の説明】
【００６２】
１、１Ａ  プリズムシート（光学シート）
１a  プリズム群
１ｂ  基材部
１ｃ  光反射層
２  光拡散シート（光学制御シート）
３  偏光フィルム（光学制御シート）
４  輝度上昇フィルム（光学制御シート）
１０、１０Ａ、１０Ｂ  プリズム
２０  光源部
２０ａ  光源
２１、２１Ａ、２１Ｂ  光学シート
２２  液晶表示部
２３、２３Ａ、２３Ｂ、２３Ｃ、２３Ｄ  バックライトユニット
３０  線状光源（光源）
１００  ディスプレイ装置
【図１】
2008299071.tif 000004
【図２】
2008299071.tif 000005
【図３】
2008299071.tif 000006
【図４】
2008299071.tif 000007
【図５】
2008299071.tif 000008
【図６】
2008299071.tif 000009
【図７】
2008299071.tif 000010
【図８】
2008299071.tif 000011
【図９】
2008299071.tif 000012
【図１０】
2008299071.tif 000013
【図１１】
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