(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源を一方のシート面側に配置したときに前記光源からの入射光を他方のシート面側に集光するレンズアレイを備える光学シートであって、
前記レンズアレイを構成する単位レンズの頂部に、光反射層が設けられ、
前記単位レンズの断面形状において、
前記単位レンズのレンズ面に対して前記光反射層との境界部における接線を２本引いた際に、これら２つの接線の交点と前記単位レンズの光入射面との距離をｈとし、
前記光反射層の頂部と前記単位レンズの光入射面との距離をｈ１、
前記単位レンズと前記光反射層との境界部と、前記単位レンズの光入射面との距離をｈ２としたときに、
０．５５≦(ｈ１―ｈ２)／(ｈ―ｈ２)≦３
の関係を満たす
ことを特徴とする光学シート。
【請求項２】
前記単位レンズの断面形状において、前記光反射層の光入射面への投影幅の長さが、
前記単位レンズの光入射面の幅の長さの２０％以下に設定されてい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】
前記光反射層は、金属フィラーを分散混合してなるインキ層の塗布成形もしくは転写成形または金属のラミネート成形によって形成された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】
前記レンズアレイは、プリズムを前記単位レンズとして並列に配列したプリズムアレイであることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の光学シート。
【請求項５】
前記レンズアレイは、シリンドリカルレンズを前記単位レンズとして並列に配列したシリンドリカルレンズアレイであることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の光学シート。
【請求項６】
前記レンズアレイは、マイクロレンズを前記単位レンズとして並列に配列したマイクロレンズアレイであることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の光学シート。
【請求項７】
前記レンズアレイは、同一平面上で一方向に延びた前記単位レンズが前記一方向に直交する方向に配列されて形成されていることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の光学シート。
【請求項８】
前記レンズアレイは、前記単位レンズが同一平面上にマトリックス状に配列されて形成されていることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の光学シート。
【請求項９】
請求項１から８のいずれか一項に記載の前記光学シートと、
該光学シートの前記レンズアレイと反対側に配設されていて光を照射する光源部とが備えられているバックライトユニット。
【請求項１０】
請求項９に記載された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照射によって画像表示を行う液晶表示部とを備えてい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、例えば液晶表示素子への照明光路制御を行うのに好適な光学シート、この光学シートを用いたバックライトユニット及びディスプレイ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、液晶パネルを使用した液晶表示装置（LCD）がノート型パソコンやパソコン用ディスプレイ、情報端末機器等の画像表示手段、大型画面テレビ等の情報家電の画像表示手段、さらには携帯電話や個人用携帯情報端末（PDA:Personal Digital Assistance）の画像表示手段等として様々な分野で利用されてきている。
液晶表示装置に代表されるディスプレイ装置では、提供される情報を認識するのに必要な光源を内蔵しているタイプの普及が著しい。このような液晶表示装置は例えば光透過型であり、液晶パネルの背面側に光源を配設し、この光源からの光を面発光に変換して液晶パネルを照射する面光源装置としていわゆるバックライトが採用されている。
【０００３】
バックライトの方式には、大別して冷陰極管(CCFT：Cold   Cathode  Fluorescent  Tube)等の光源を平板状の導光板の側端部に取付け、光源からの光を導光板内で多重反射させる導光板ライトガイド方式（エッジライト方式）と、導光板を用いず液晶パネルの背面に光源を配置した直下型方式とがある。最近では、ノート型パソコンや携帯情報端末などに用いられる２０インチ以下の画面サイズの小型液晶表示装置には、低消費電力化を図ることができるとともに薄型化の容易なエッジライト方式の採用が主流となり、２０インチ以上の画面サイズの中〜大型液晶表示装置では直下型方式の採用が主流となっている。
【０００４】
エッジライト方式を採用するノート型パソコン等の電池式装置においては、光源で消費する電力は装置全体で消費する電力の相当部分を占める。従って、総電力を低減させて電池寿命を延ばすべく、より少ない電力で所望の輝度を得ることができる性能が求められている。
【０００５】
一方、直下型方式を採用する２０インチ以上の液晶表示装置においては、より薄型で、視野角依存性が低く、高輝度かつ低消費電力であることが望ましく、搭載されるバックライトにはこれらを実現可能な性能が求められている。また、直下型方式のバックライトでは、拡散板を通して光源としての冷陰極管やＬＥＤ等の形状を直接視認できてしまうため、拡散板は非常に光散乱性の強い合成樹脂板が用いられている。そのため、拡散板は通常１ｍｍ〜３ｍｍ程度の厚さが必要であるが、その厚さのために光吸収が少なからずあり、光源からの光量が減少し液晶画面表示が暗くなる問題がある。
【０００６】
以上のようなエッジライト方式及び直下型方式に対応する光学シートとして例えば特許文献１から３に示す輝度強調フィルム(ＢＥＦ；ＤＢＥＦ；ＥＢＥＦ：登録商標）が広く使用されている。輝度強調フィルムは、シート状部材上に断面三角形状の屋根型の単位プリズムが一方向に配列されたフィルムである。輝度強調フィルムをディスプレイ装置に使用した場合、軸外輝度を低下させることによってディスプレイ画面に対する法線方向の輝度を増大させることができる。
【０００７】
このディスプレイ装置では、プリズム群の並列方向が互いに略直交するように２枚の輝度強調フィルムを重ねて組み合わせて用いられる。これにより、電力消費を低減しながら視聴者の視覚方向に一致する方向における所望の輝度を得ることができる。
【特許文献１】特公平１−３７８０１号公報
【特許文献２】特開平６−１０２５０６号公報
【特許文献３】特表平１０−５０６５００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、上記のような構成の光学シートには以下のような問題があった。
即ち、従来の光学シートにおいては、光源からの光が光学シートを通過する際に制御された角度で出射されることによって軸外輝度を低下させて、軸上、即ち視聴者の視覚方向の光の強度が高まるように構成されているものの、これと同時に反射、屈折作用による光成分が視聴者の視覚方向に進むことなくサイドローブ光として横方向に無駄に出射されてしまう。
【０００９】
従って、光学シートから出射される輝度分布は、図１２の輝度分布図に示すように、視聴者の視覚方向に対する角度が０°における正面輝度が最も高められている一方で、−９０°〜−４５°及び＋４５°〜＋９０°の範囲には、横方向から出射されるサイドローブ光による輝度分布のピークが示され、効率よく集光を行うことができないという問題があった。さらに、輝度分布が極小値をとる点の輝度と、サイドローブ光によりピークをとる点の輝度との比が大きいために、視野角による輝度のムラが視認されてしまい、ディスプレイの表示品位として好ましくないという問題があった。
【００１０】
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、集光性が高く輝度分布のムラが少ない良好な表示品位の光学シート、バックライトユニット及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】
【００１１】
前記課題を解決するため、この発明は以下の手段を提案している。
即ち、本発明に係る光学シートは、光源を一方のシート面側に配置したときに前記光源からの入射光を他方のシート面側に集光するレンズアレイを備える光学シートであって、前記レンズアレイを構成する単位レンズの頂部に、光反射層が設けられ、前記単位レンズの断面形状において、前記単位レンズのレンズ面に対して前記光反射層との境界部における接線を２本引いた際に、これら２つの接線の交点と前記単位レンズの光入射面との距離をｈとし、前記光反射層の頂部と前記単位レンズの光入射面との距離をｈ１、前記単位レンズと前記光反射層との境界部と、前記単位レンズの光入射面との距離をｈ２としたときに、０．５５≦(ｈ１―ｈ２)／(ｈ―ｈ２)≦３の関係を満たすことを特徴としている。
【００１２】
このような特徴の光学シートによれば、隣接する単位レンズから横方向に出射されたサイドローブ光は、単位レンズの頂部に位置する光反射層により反射される。これにより該サイドローブ光の一部は軸上、即ち視聴者の視覚方向に出射される他、一部は視覚方向から所定の出射角度を持った斜め方向へ進行させられる。従って、視聴者の視覚方向の光強度を向上させて正面輝度を高くすることができるとともに、斜め方向へ進行した光が輝度分布図における視覚方向に対して角度±４５°付近における輝度分布の極小値を埋める役割を果たすため、視野角による輝度分布のムラの少ない良好な表示品位を得ることが可能となる。
ここで、ｈ１−ｈ２は光反射層の視覚方向の長さを表しており以下光反射層の厚みと称し、ｈ−ｈ２を光反射層の基準厚みと称する。
基準厚みに対する光反射層の厚みの割合である(ｈ１―ｈ２)／(ｈ―ｈ２)の値が０．５５より小さい場合には、隣接する単位レンズからのサイドローブ光を効果的に反射することができず、期待する特性を得ることができない。また、(ｈ１―ｈ２)／(ｈ―ｈ２)の値が３よりも大きい場合には、単位レンズのレンズ面から出射されて視覚方向へ集光されるはずの光線が、その単位レンズ自身の光反射層により視覚方向外へ反射されてしまうため、正面輝度を低下させてしまう。本発明においては、基準厚みに対する光反射層の厚みの割合(ｈ１―ｈ２)／(ｈ―ｈ２)を上記のように０．５５以上３以下の範囲に設定することによって、正面輝度を高く維持するとともに、輝度ムラを適確に抑制することが可能となる。
【００１３】
また、本発明に係る光学シートは、前記単位レンズの断面形状において、前記光反射層の光入射面への投影幅の長さが、前記単位レンズの光入射面の幅の長さの２０％以下に設定されていることを特徴としている。
【００１４】
単位レンズの断面形状における光反射層の光入射面への投影幅の長さが、単位レンズの光入射面の幅、即ち断面形状における単位レンズの底辺に近い場合には、隣接する単位レンズから出射されるサイドローブ光のうち、本来ならば視覚方向へ反射するはずの有効な光が過剰に反射されるため、前述した輝度分布の極小値を埋めて輝度ムラを抑制することができるものの、正面輝度の低下につながってしまう。よって本発明のように、光反射層の光入射面側への投影幅の長さを、単位レンズの光入射面の幅に対してある程度小さく、即ち、単位レンズの光入射面の幅の２０％以内の長さに設定することによって、輝度ムラを抑制しながら、正面輝度高く維持することが可能となる。
【００１７】
また、本発明に係る光学シートにおいては、前記光反射層は、金属フィラーを分散混合してなるインキ層の塗布成形もしくは転写成形または金属のラミネート成形によって形成されたことを特徴としている。これにより、高い反射特性を備えた光反射層を確実に単位レンズの頂部に成形することができる。
【００１８】
また、本発明の光学シートにおいては、前記レンズアレイは、プリズムを前記単位レンズとして並列に配列したプリズムアレイであることを特徴としている。
【００１９】
また、前記レンズアレイは、シリンドリカルレンズを前記単位レンズとして並列に配列したシリンドリカルレンズアレイであってもよい。
【００２０】
さらに、前記レンズアレイは、マイクロレンズを前記単位レンズとして並列に配列したマイクロレンズアレイであってもよい。
【００２１】
また、本発明に係る光学シートにおいて、前記レンズアレイは、同一平面上で一方向に延びた前記単位レンズが前記一方向に直交する方向に配列されて形成されていることを特徴としている。
【００２２】
また、前記レンズアレイは、前記単位レンズが同一平面上にマトリックス状に配列されて形成されているものであってもよい。
【００２３】
本発明によるバックライトユニットは、上述したいずれかに記載の光学シートと、該光学シートの前記レンズアレイと反対側に配設されていて光を照射する光源部とが備えられたことを特徴としている。
また、本発明によるディスプレイ装置は、上述した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照射によって画像表示を行う液晶表示部とを備えていることを特徴としている。
これらの場合、上述した光学シートと同様の作用効果を奏することになる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明に係る光学シート、バックライトユニット及びディスプレイ装置によれば、単位レンズの頂部に設けた光反射層が隣接する単位レンズから出射されるサイドローブ光を有効に反射することによって、集光性が高く輝度分布のムラが少ない良好な表示品位を実現することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。なお、本発明の実施形態に係る光学シートについては、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。
【００２６】
図１は、本発明の実施形態によるディスプレイ装置の概略構成を示す模式的な断面図、図２は単位レンズ及び光反射層の断面図である。本実施形態によるディスプレイ装置１は、図１に示すように光源部２、光学シート３及び液晶表示部４がこの順に積層され、液晶表示部４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、例えば平面矩形状の画像を表示するものである。また、光源部２と光学シート３とでバックライトユニット５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または出射側、下方向を単に背面側または入射側と称する。
【００２７】
図１において、光源部２は、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一定のピッチで離間して配置された複数の光源７と、これら光源７を背面側から覆って表示画面側に開口する反射板８とで構成される直下型方式を採用している。
【００２８】
光源７としては、白色光を出射する機能を有する冷陰極管などを用いるが、複数のＬＥＤ素子を紙面奥行き方向に沿うライン状に配列したＬＥＤ光源や、冷陰極蛍光ランプ、ＥＬシート、半導体等などを採用してもよい。
【００２９】
なお、この光源部２は、光学シート３の背面側に白色光を出射できればこのような構成に限定されず、周知のいかなる構成の光源を採用してもよい。例えば、導光面の側面にライン状光源を配置したエッジライト式の面光源等などを採用してもよい。
【００３０】
光学シート３は光源部２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２側に反射して該光源部２に再入射させるものであり、図１に示すように、背面側から表示画面側に向けて、拡散板１１、接合層１２及びレンズアレイとしてプリズムアレイ１７が配列されたプリズムシート１３が、この順で積層されて構成されている。
【００３１】
拡散板１１は、光源部２から表示画面側に出射される光を拡散させるように、光源部２の表示画面側を覆う位置に設けられた平板状の部材である。これにより、複数の光源７による図示水平方向の照度ムラを抑制するとともに、表示光に適宜の視野角を付与することができるようにされている。
【００３２】
この拡散板１１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との差は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、この屈折率差は、０．５以下であることが好ましい。  なお、拡散板１１は、拡散板１１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、拡散板１１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。
【００３３】
接合層１２は、図１に示すように、拡散板１１とプリズムシート１３とを積層一体化するためのものであり、紙面奥行き方向に延びるライン状の光透過性の粘着材又は接着剤からなる接合部材１４が複数設けられた構成をしている。本実施形態では、一例として、屈折率が１．５４のアクリル系の感圧粘着材を採用している。なお、接合部材１４は、拡散板１１とプリズムシート１３とを接合して、一定の隙間を形成できるものであれば、硬化後に一定の厚さを備える接着剤や熱可塑性樹脂等でもよい。
【００３４】
本実施形態では、例えば拡散板１１にライン状の接合部材１４をストライプ状に印刷し、プリズムシート１３に貼り付けることにより、拡散板１１とプリズムシート１３とを一体化させている。そして、図１に示すように、拡散板１１の出射面１１ａにおける接合部材１４が設けられていない面と、この面に対向したプリズムシート１３の入射面１３ａと、接合部材１４とに囲まれた領域に空気層１５が形成されている。即ち、接合部材１４は、拡散板１１とプリズムシート１３とを積層一体化させるとともに、スペーサとしての機能を有している。なお、隣接する接合部材１４のピッチは、空気層１５が潰れず、モアレ干渉縞が発生しない長さとなっている。
【００３５】
プリズムシート１３は、光源部２から表示画面側に出射される光の一部を集光して表示面側に透過させるものであり、基材部１６とプリズムアレイ１７とから構成されている。基材部１６は、透明樹脂で構成された平板状の形状をしており、一定の剛性を備えている。プリズムアレイ１７は、基材部１６の表示画面側の面１６ａ上に、光源７と同方向の図示奥行き方向に延在する複数のプリズム１８を単位レンズとして、図示奥行き方向と直交する方向に配列した構成とされている。なお、プリズム１８における基材部１６の表示画面側の面１６ａと接する面は光入射面１８ｂとされている。そして、これらプリズム１８の頂部１８ｃには光反射層１９が設けられている。
【００３６】
ここで、プリズム１８及び光反射層１９の構成の詳細について説明する。本実施形態においては、各プリズム１８はその頂部１８ｃが前記奥行き方向に向かって光入射面１８ｂと平行に延びて形成された平坦面とされており、このプリズム１８の頂部１８ｃを覆うようにして図示奥行き方向に延びる光反射層１９が形成されている。あるいは、三角形をなすように、プリズム面１８ａは光反射層１９内に延びていてもよい。また、図２に示すように、プリズム１８が延在する方向に直交する断面においては、各プリズム１８はプリズム面１８ａを２つの斜辺とした等脚台形状をなすとともに、光反射層１９は反射面１９ａを斜辺とした等脚台形状をなしており、光反射層の底面１９ｂがプリズム１８の頂部１８ｃと長さを同一にして接した構成とされている。さらに、光反射層１９の反射面１９ａの傾斜角はプリズム１８のプリズム面１８ａの傾斜角より大きく設定されている。
【００３７】
また、本実施形態においては、前記断面における光反射層１９ｂの底面の長さｄ１、即ち、光反射層１９の光入射面側への投影幅の長さｄ１は、プリズム１８の光入射面１８ｂの幅の長さｄ０の２０％以下の長さに設定されている。これによって、詳細は後述の実施例で説明するように、輝度ムラを抑制しながら正面輝度高く維持することが可能となる。
【００３８】
ここで、プリズム１８及び光反射層１９の断面形状において、図２に示すように、プリズム面１８ａに対して光反射層１９との境界部における接線ｌ、ｍを２本引き、その交点をＰとする。なお、接線ｌ、ｍは、本実施形態においては、プリズム１８の断面における等脚台形の斜辺を構成するプリズム面１８ａの仮想延長線を意味しているが、例えば、単位レンズがシリンドリカルレンズ等のレンズ面が曲面をなすものである場合には、該曲面における接線を意味する。即ち、レンズ面が平面状であろうと、曲面状であろうとも、これらに連なる直線を包含する意味として用いている。
【００３９】
また、図２に示すように、前記交点Ｐとプリズム１８の光入射面１８ｄとの距離をｈと、光反射層の頂部１９ｃとプリズム１８の光入射面１８ｂとの距離をｈ１とし、さらに、プリズム１８と光反射層１９との境界部とプリズム１８の光入射面１８ｂとの距離をｈ２とする。この際、本実施形態においては、基準厚み（ｈ−ｈ２）を基準とした光反射層１９の厚み（ｈ１−ｈ２）の割合である(ｈ１―ｈ２)／(ｈ―ｈ２)が、０．５５≦(ｈ１―ｈ２)／(ｈ―ｈ２)≦３の関係を満たすようにプリズム１８及び光反射層１９は構成されている。これによって、詳細は後述の実施例で説明するように、正面輝度を高く維持するとともに、輝度ムラを適確に抑制することが可能となる。
【００４０】
また、光反射層１９を各プリズム１８の頂部１８ｃに設ける手法としては、金属フィラーを分散混合してなる白色顔料を塗布成形もしくは転写形成する方法、またはアルミニウムや銀などの金属箔の転写形成によるものがある。なお、光反射層１９を白色顔料にて成形する場合には、ウレタン樹脂もしくはＥＶＡ樹脂に白色顔料を５０％以上混合することにより、層厚が１０μｍの反射層において５４０ｎｍでの反射率が８０％以上の高い反射特性を得ることができる。またこの際、反射層の層厚や顔料濃度を調整することで反射率が９０％程度のさらに高い反射率を得ることが可能になる。なお、白色顔料としては、当該技術分野で良く知られている二酸化チタン、硫酸バリウム、及び酸化マグネシウムなどを用いる。
【００４１】
また、プリズムシート１３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。また紫外線（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紫外線キュアリング成型法によって成形してもよい。
【００４２】
液晶表示部４は、例えば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表示素子またはパネル４ａと、この表示素子またはパネル４ａに入射する光の偏光方向を制御する偏光板４ｂ及び出射する光の偏光方向を制御する偏光板４ｃとから構成される。
【００４３】
以下、ディスプレイ装置１の作用について、光学シート３の作用を中心に説明する。
光源７から出射された光は、一部が光源７から直接的に拡散板１１に向けて出射され、他の光は、反射板８によって反射された後、光学シート３の拡散板１１に向けて出射される。このとき、光源７の配置ピッチに対応する照度ムラは、反射板８の作用によって緩和されるものの、ある程度残存している。拡散板１１に進む光は、拡散板１１の透明樹脂内を透明粒子によって散乱されて、拡散光として進み、光源部２の輝度ムラが解消されるとともに適宜の角度範囲に広がり角を有する光として拡散板１１の出射面１１ａに到達する。
【００４４】
拡散板１１の出射面１１ａに到達した光は、拡散板１１と接合層１２及び拡散板１１と空気層１５との屈折率に応じて、スネルの法則にしたがって、屈折作用を受け、プリズムシート１３に入射する。そして、プリズムシート１３に入射する光は、入射面１３ａで屈折した後、基材部１６、プリズム１８を進み、プリズムアレイ１７におけるプリズム面１８ａで屈折され、表示画面側に出射される。また、プリズム１８を進み、外部に出射されることなく光反射層１９に達する光は、この光反射層１９により背面側に反射されて光源部２に再入射させられ、該光源部２の反射板８により表示画面側に反射されて再利用される。
【００４５】
また、プリズム面１８ａで屈折されて表示画面側に出射される光のうち、隣接するプリズム１８に向けて横方向に出射されたサイドローブ光Ｓは、図２に示すように、該隣接するプリズム１８の頂部に位置する光反射層１９により反射される。これによりこのサイドローブ光Ｓの一部は軸上、即ち視聴者の視覚方向Ｆに出射される他、一部は視覚方向から所定の出射角度を持った斜め方向Ｇへ進行させられる。
【００４６】
そして、光学シート３から出射された光は、液晶表示部４の偏光板４ｂ、表示素子またはパネル４ａ及び偏光板４ｃを介して、所定の画素領域から光が表示光として透過され、視野角を有する画像が表示される。
【００４７】
このような光学シート３を用いたバックライトユニット５及びディスプレイ装置１においては、上述のように、プリズム面１８ａから出射されたサイドローブ光Ｓが隣接する光反射層１９によって反射されることにより、視覚方向Ｆ及び斜め方向Ｇへ進行させられる。これにより、視聴者の視覚方向Ｆの光強度を向上させて正面輝度を高くすることができるとともに、斜め方向Ｇへ進行した光が、図１２に示す輝度分布図における視覚方向Ｆに対して角度±４５°付近の輝度分布の極小値を埋める役割を果たす。従って、本実施形態における光学シート３によって、輝度分布は、例えば図３に示すように、正面輝度が従来よりも高く、サイドローブ光Ｓによるピークが緩和されたものとなり、集光性が高く輝度ムラのない良好な表示品位を実現することが可能となる。
【００４８】
また、プリズム１８及び光反射層１９の断面形状における光反射層１９の底面１９ｂの長さｄ１、即ち光反射層１９の光入射面側への投影幅の長さｄ１が、プリズム１８の光入射面１８ｂの幅の長さｄ０の長さに近い場合には、隣接するプリズム１８から出射されるサイドローブ光Ｓのうち、本来ならば視覚方向へ反射するはずの有効な光が過剰に反射される。これにより、図１２に示す輝度分布図の極小値を埋めて輝度ムラを抑制することにつながるものの、正面輝度を低下させてしまう。
【００４９】
本実施形態においては、図２に示す光反射層１９の底面１９ｂの長さｄ１にプリズム１８の光入射面１８ｂの幅の長さｄ０の２０％以下の長さに設定されている。これによって、詳しくは実施例で述べるように、高い正面輝度を維持しながら、輝度ムラを大幅に抑制することが可能となる。
【００５０】
また、上述した基準厚みに対する光反射層の厚みの割合である(ｈ１―ｈ２)／(ｈ―ｈ２)の値が、０．５５より小さい場合には、隣接する単位レンズからのサイドローブ光を効果的に反射することができず、期待する特性を得ることができない。また、(ｈ１―ｈ２)／(ｈ―ｈ２)の値が３よりも大きい場合には、単位レンズのレンズ面から出射されて視覚方向へ集光されるはずの光線が、その単位レンズ自身の光反射層により視覚方向外へ反射されてしまうため、正面輝度を低下させてしまう。
【００５１】
本実施形態においては、基準厚みに対する光反射層の厚みの割合(ｈ１―ｈ２)／(ｈ―ｈ２)が上記のように０．５５以上３以下の範囲に設定されていることによって、詳しくは実施例で述べるように、高い正面輝度を維持しながら、輝度ムラを大幅に抑制することが可能となる。
【００５２】
また、プリズムシート１３と拡散板１１との間に空気層１４が介在されているため、拡散板１１からの拡散光はプリズムシート１３の入射面１６ａに入射する際に、屈折作用により角度を絞られて入射するためプリズム１８による集光作用を有効に得ることができ、正面輝度を高めることができる。
【００５３】
以上、本発明の実施形態である光学シート３、バックライトユニット５及びディスプレイ装置１について説明したが、本発明はこれに限定されることなく、その発明の技術的思想を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。例えば、本実施形態では図２に示すように光反射層１９の断面形状は等脚台形であるが、正方形や長方径、五角形等の他の多角形状でもよいし、反射面１９ａが円弧状をなすような半円状であってもよい。
【００５４】
また、本実施形態においては、プリズム１８が断面等脚台形状をなし、その頂部１８ｃに光反射層１９が設けられた構成とされているが、例えば変形例として、図４に示すように、プリズム１８の頂部１８ｃに該プリズム１８と一体成形された凸状部２５が形成され、この凸状部２５は単純な断面三角形状に形成され、その頂部近傍の２面を同一の傾斜角で覆う光反射層２６が形成されたものであってもよい。これによっても本実施形態と同様の作用効果を奏する。
【００５５】
また、レンズアレイとしてプリズム１８を単位レンズとして配列したプリズムアレイ１７を採用したが、シリンドリカルレンズを単位レンズとして配列したシリンドリカルレンズアレイや、マイクロレンズを単位レンズとして配列したマイクロレンズアレイであってもよい。
【００５６】
また、本実施形態では、図示奥行き方向に延在する複数のプリズム１８を単位レンズとして、プリズム１８を図示奥行き方向と直交する方向に配列して構成されたプリズムアレイについて説明したが、例えば単位レンズとなるプリズム１８が同一平面上にマトリックス状に配列されて形成されたものであってもよい。また、これと同様にシリンドリカルレンズアレイやマイクロレンズアレイを用いた際であっても、いずれの配列を採用してもよい。
【実施例１】
【００５７】
本実施形態における光学シート３のプリズム１８及び光反射層１９についての光学シミュレーションの結果を示す。ここでは光学シート３に関して、断面形状における光反射層１９の光入射面側への投影幅の長さ、即ち光反射層１９の幅と、光反射層１９の視覚方向の長さ、即ち光反射層１９の厚みの効果を調べるため、図５に示すような光学モデル３０を用いた。
【００５８】
ここで、図５の光学モデル３０について説明する。なお、この光学モデル３０は図２に示すプリズム１８及び光反射層１９の断面と同様の構成とされているため、構成要素には同一の符号を付して詳細な説明を省略する。この光学モデル３０におけるプリズム１８は、そのプリズム面１８ａの光入射面１８ｂに対してなす角度は４５°に設定されている。また、光反射層１９の反射面１９ａの底面１９ｂに対してなす角度は９０°に設定されており、即ち光反射層１９は断面が長方形状または正方形状とされている。そして、この光学モデル３０を単位レンズとして、実施形態において説明した光学シート３に組み込んでシミュレーションを行った。
【００５９】
なお、本シミュレーションでは、光学シート３における空気層１５の屈折率は１、プリズム１８の屈折率は１．５、光反射層の反射率が９０％、透過率が１０％として計算を行った。また、光反射層１９は比較的鏡面反射に近い材質でできていると仮定している。
【００６０】
また、本シミュレーションでは、正面輝度及びコントラストを評価対象としている。ここで、コントラストとは、図１２に示す輝度分布図に示すような、サイドローブ光Ｓによる輝度分布の極大値をとる点の輝度をＭ、輝度分布が極小値をとる点の輝度をｍとした際に、ｍ／Ｍで与えられる評価指数である。従ってこのコントラストの値が小さいほど、輝度ムラが抑制されていると言える。
【００６１】
まず、光反射層１９の幅の効果を調べるため、図５におけるｄ１をパラメータとして、ｄ１／ｄ０の値と正面輝度及びコントラストの関係についてシミュレーションを行った。なお、ｄ１／ｄ０＝０は光反射層１９が設けられていない図６に示すような直角プリズム３１の場合であり、本シミュレーションにおける輝度は全てこの直角プリズム３１における輝度のシミュレーション結果を基準に規格化した相対輝度として評価している。
【００６２】
図７に光反射層１９の幅と相対輝度及びコントラストの関係を示す。ｄ１／ｄ０ が０から大きくなるに連れて、コントラストの値は小さくなっていき、これにより光反射層１９の幅を大きくすることが輝度ムラの抑制に非常に効果的であることがわかる。一方、相対輝度の値は、ｄ１／ｄ０の値が０．１付近までは１以上の値をとり正面輝度の増大を図ることができるものの、それ以上ｄ１／ｄ０大きくなると徐々に相対輝度は低下する。
【００６３】
またｄ１／ｄ０が０．２の値をとるときには、相対輝度は約０．９５の値を示しており、これは光反射層１９を設けない直角プリズム３２の約９５％の正面輝度が得られることを示している。なお、これ以上ｄ１／ｄ０を大きくしてもコントラストの減少は小さくなっている。従って、光反射層１９の幅は、光反射層１９を設けない場合に比べて相対輝度を９５％以上確保することができるｄ１／ｄ０≦０．２の範囲に設定することが好ましい。よって、ｄ１をｄ０の２０％以下の長さに設定することによって、高い正面輝度を維持しながら、輝度ムラを効果的に抑制することが可能となる。
【００６４】
次に、光反射層１９の厚みの効果を調べるため、ｈ１をパラメータとして、基準厚み（ｈ−ｈ２）を基準とした光反射層１９の厚み（ｈ１−ｈ２）の割合を示す (ｈ１―ｈ２)／(ｈ―ｈ２)と、相対輝度及びコントラストの関係についてシミュレーションを行った。
【００６５】
図８に光反射層１９の厚みと相対輝度及びコントラストの関係を示す。輝度の値は、（ｈ１―ｈ２）／（ｈ―ｈ２） ＝１でピークを持つ曲線となる。光反射層１９の厚みが比較的小さい場合には、隣接するプリズム１８から出射されるサイドローブ光Ｓを効果的に反射することができ相対輝度は小さいものとなる（図９参照）。また、光反射層１９の厚みが比較的大きい場合には、プリズム１８から出射されて直接的に視覚方向へ集光される光Ｌが、そのプリズム１８自身の光反射層１９により反射されてしまい、視覚方向外へ進行するため、正面輝度が低下してしまう（図１０参照）。一方、光反射層１９の幅を適切に設定した場合には、サイドローブ光Ｓを適確に反射するとともにプリズム１８から直接的に視覚方向付近へ出射する光Ｌを不必要に反射してしまうことがないため、正面輝度を向上させながら輝度ムラを抑制することが可能となる（図１１参照）。
【００６６】
以上を踏まえ、光反射層１９の厚みは相対輝度の値が光反射層１９を設けていない直角プリズムの９５％以上を維持できる０．５５≦ (ｈ１―ｈ２)／(ｈ―ｈ２) ≦３ の範囲で設定するのが適切と考えられる。これにより、正面輝度を高く確保するとともに、輝度ムラを適確に抑制することが可能となる。
【００６７】
従って、本実施形態のように、ｄ１／ｄ０≦０．２及び０．５５≦ (ｈ１―ｈ２)／(ｈ―ｈ２) ≦３の関係を満たすようにプリズム１８の頂部１８ｃに光反射層１９を設けることによって、集光性が高く輝度分布のムラが少ない良好な表示品位の光学シート３、バックライトユニット５及びディスプレイ装置１を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】本発明の実施形態によ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】単位レンズとしてのプリズムの断面図である。
【図３】本実施形態の光学シートの透過光の輝度分布を示すグラフである。
【図４】変形例のプリズムの断面図である。
【図５】本実施形態の光学シートにおける光の進行方向を示す図である。
【図６】直角プリズムの断面図である。
【図７】光反射層の幅と相対輝度及びコントラストとの関係を示すグラフである。
【図８】光反射層の厚みと相対輝度及びコントラストとの関係を示すグラフである。
【図９】光反射層の厚みが小さい場合の光の進行方向を示す図である。
【図１０】光反射層の厚みが大きい場合の光の進行方向を示す図である。
【図１１】本実施形態の光学シートにおける光の進行方向を示す図である。
【図１２】従来の光学シートの透過光の輝度分布を示すグラフである。
【符号の説明】
【００６９】
１      ディスプレイ装置
２      光源部
３      光学シート
５      バックライトユニット
１３    プリズムシート  
１７    プリズムアレイ（レンズアレイ）
１８    プリズム（単位レンズ）
１９    光反射層
ｌ、ｍ  接線
Ｐ      交点
【図１】
0005023928.tif 000002
【図２】
0005023928.tif 000003
【図３】
0005023928.tif 000004
【図４】
0005023928.tif 000005
【図５】
0005023928.tif 000006
【図６】
0005023928.tif 000007
【図７】
0005023928.tif 000008
【図８】
0005023928.tif 000009
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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