JP2010118240A - 光学部材、バックライトユニット及びディスプレイ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光源による輝度ムラをより効果的に除去することが可能な光学部材、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。
【解決手段】光を透過するシート状の基材２１の一方のシート面２１ａに沿って対向配置された複数の線状光源１１からの光を、その光学特性を変換して他方のシート面２１ｂから正面方向Ｆに射出する光学部材２０において、一方のシート面２１ａにおける線状光源１１に対向する位置に、線状光源１１から正面方向Ｆに射出された光の一部を透過させるとともに他の光を拡散反射させる拡散反射体２２をそれぞれ配設し、一方のシート面２１ａにおけるこれら拡散反射体２２の間の領域全面に、線状光源１１から正面方向より傾斜して射出される光を正面方向に集光する光偏向要素２３を設ける。
【選択図】図１

Description

本発明は、主に液晶表示素子を用いたディスプレイ用直下型バックライトユニットにおける照明光路制御に使用される光学部材及びこれ用いたバックライトユニット、ディスプレイ装置に関する。

近年、液晶パネルを使用した液晶表示装置（ＬＣＤ）がＯＡ分野のノート型パーソナルコンピュータやパーソナルコンピュータ用ディスプレイ，情報端末機器等の画像表示手段，また大型画面テレビなど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）の画像表示手段として様々な分野で利用されてきている。

液晶表示装置（ＬＣＤ）に代表されるディスプレイでは、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、いわゆる、バックライトが採用されている。

バックライトの方式には、大別して冷陰極管（ＣＣＦＴ：Ｃｏｌｄ Ｃａｔｈｏｄｅ Ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｔ Ｔｕｂｅ）等の光源を光透過性に優れたアクリル樹脂等からなる平板状の導光板の側端部に沿って取付け、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、ノート型パーソナルコンピュータ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、低消費電力化が図れ、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。
ラップトップコンピュータのような電池式装置において、光源で消費する電力は、電池式装置全体で消費する電力の相当部分を占める。従って、所定の輝度を提供するのに必要な総電力を低減することで電池寿命が増大するが、これは電池式装置には特に望ましいことである。

また、２０インチ以上の液晶表示装置に対しては、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求められており、液晶表示装置に搭載されるバックライトもその実現に対処することが要求されている。

複数本の冷陰極管を並列させた直下型方式バックライトでは、光源としての冷陰極管（ＣＣＦＴ）やＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）などが、出射光を拡散させる拡散板を通して、その発光した光源の形状が直接視認されやすいため、拡散板は非常に光散乱性の強い樹脂板が用いられている。この拡散板は、強い拡散性を持たせるために通常１ｍｍ〜３ｍｍ程度の厚さが必要であり、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。

拡散板にレンチキュラーレンズのような凸レンズを賦型することで、拡散板の拡散性能を向上させる方法も提案されている（特許文献１〜３）。通常の平板型の拡散板の場合、光源の間隙部分に入射する光強度が、光源の真上に入射する光強度と比べて低下するため、光源ムラが視認されてしまう。光入射面側に凸レンズを賦型した拡散板を用いた場合、光源の直上に入射した光はレンズにより拡散され、光源の間隙部分に入射した光はレンズ内部の全反射によって正面方向へ立ち上げられるため、従来発生していた光源ムラを緩和することが可能になる。

しかし、光源と拡散板の間隔が狭い場合や、光源同士の間隔が離れている場合、光源の真上に入射する光強度と、光源の間隙に入射する光強度の差が非常に大きくなるため、拡散板に賦型したレンズのみで完全に光源ムラを消滅させることは難しい。
特開２００７−１０３３２１号公報 特開２００７−１２５１７号公報 特開２００６−１９５２７６号公報

しかしながら、上記従来技術では、光源と拡散板の間隔が狭い場合や、光源同士の間隔が離れている場合、光源の直上に入射する光の光強度と、光源同士の間隙に入射する光の光強度の差が非常に大きくなるため、拡散板に賦型したレンズのみでは完全に光源による輝度ムラを除去するのは難しい。

この発明はこのような課題に鑑みてなされたものであって、光源による輝度ムラをより効果的に除去することが可能な光学部材、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。

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、本発明に係る光学部材は、光を透過するシート状の基材の一方のシート面に沿って対向配置された複数の光源からの光を、その光学特性を変換して他方のシート面から正面方向に射出する光学部材であって、前記一方のシート面における前記複数の光源に対向する位置に、前記光源に向かって突出する凸状をなし、前記光源から前記正面方向に射出された光の一部を透過させるとともに他の光を拡散反射させる拡散反射体がそれぞれ配設され、前記一方のシート面におけるこれら拡散反射体の間の領域全面に、凸状をなす単位レンズが複数並設されてなり、前記光源から前記正面方向より傾斜して射出される光を前記正面方向に集光する光偏向要素が設けられていることを特徴とする。

複数の光源が配置されている場合には、一般的に、光源から見て正面方向、即ち光源に対向する位置には光強度の強いスポットが現れ、光源から見て正面方向より傾斜した位置、即ち、隣接する光源の間に対応する位置には光強度の弱いスポットが現れる。
ここで、本発明に係る光学部材においては、光源に対向する位置、即ち、光源から見て正面方向の位置には拡散反射体が設けられており、この拡散反射体によって光源から正面方向に出射させる光の一部のみが透過させられる。また、拡散反射体の間には複数の単位レンズからなる光偏向要素が敷設されており、これにより光偏向要素に傾斜して入射する光が正面方向に集光させられる。
したがって、拡散反射体によって光強度の強いスポットが消滅させられるとともに、光偏向要素によって光源と光源との間の明るさを増大することができるため、全体として光源ムラのない輝度均一性の高い光を得ることができる。

さらに、本発明に係る光学部材においては、前記拡散反射体が前記単位レンズよりも前記光源側に突出してその頂部が平坦面とされているとともに、平板形状をなす拡散板が、前記基材と平行に、かつ、前記平坦面のそれぞれに当接して設けられていることを特徴とする。

光偏向要素を構成する単位レンズの頂部と拡散板とが接触している場合、これら光偏向要素と拡散板の接触面が明るい輝線、輝点として視認されてしまう。これは、拡散板に接触した単位レンズの頂部が潰れることで両者の間に接触面が形成され、該接触面に垂直に入射する光、即ち単位レンズの頂部に入射する光が屈折せずにそのまま正面方向へと進行して正面方向の光強度が強められる一方で、単位レンズの斜面に入射する光が屈折して進行方向を斜め方向に変化し、正面方向から傾斜した方向の光強度が弱められることに基づく。即ち、正面方向と傾斜方向との光強度の差が大きくなることで明暗模様が発現して輝線、輝点が視認されるのである。
この点、本発明に係る光学部材においては、拡散板が単位レンズよりも突出した拡散反射体の頂部に当接していることから、拡散板と単位レンズとが接触することはなくこれらの間に隙間を形成することができる。これにより、拡散板と単位レンズの頂部との間に接触面が形成されることがないため、単位レンズの頂部に入射する光が適切に屈折して分散し、輝線、輝点として視認されることを防止することができる。

また、本発明に係る光学部材においては前記拡散反射体及び前記単位レンズの前記一方のシート面からの高さの差ΔＨが、１０ｎｍ〜１５０ｎｍの範囲に設定されていることを特徴とする。

ΔＨが１０ｎｍ未満の場合、両者の高さが小さすぎることかから、拡散反射体を成形する際に反射層が単位レンズにも付着してしまうため、単位レンズの特性が劣化してしまう。一方、ΔＨが１５０ｎｍを超える場合には、拡散反射体の側面に傾斜して進入する光が増加することから、光学部材の正面方向より傾斜した方向から見たときに拡散反射体の位置で光強度の強い線状のスポットが視認されるため好ましくない。
この点を考慮して、本発明に係る光学部材においてはΔＨが１０ｎｍ〜１５０ｎｍの範囲に設定されているため、上記のような不都合が生じることはない。

また、本発明に係る光学部材は、前記拡散反射体が、それぞれ互いに平行となるように前記一方のシート面において一次元方向に延在しており、前記単位レンズが、前記拡散反射体と平行に一次元方向に延在していることを特徴とする。なお、この光学部材においては、前記単位レンズが、プリズム又はレンチキュラーレンズのいずれかであることが好ましい。

また、本発明に係る光学部材は、前記拡散反射体が、それぞれ互いに平行となるように前記一方のシート面において一次元方向に延在しており、前記単位レンズが、前記一方のシート面において二次元方向に複数配列されているものであってもよい。
さらに、本発明に係る光学部材は、前記拡散反射体が、前記一方のシート面においてそれぞれ互いに間隔を空けて二次元方向に配列されており、前記単位レンズが、前記一方のシート面において二次元方向に複数配列されているものであってもよい。
なお、これら光学部材においては、前記単位レンズが、マイクロレンズ、三角錐状レンズ、四角錐状レンズのいずれかであることが好ましい。

また、本発明に係る光学部材は、前記基材に、光散乱粒子が分散混入されていることを特徴とする。これによって拡散反射体及び光偏向要素を通過した光を拡散させることができるため、より輝度均一性の高い表示特性を得ることができる。

また、本発明に係る光学部材において、前記拡散反射体は、前記一方のシート面から前記光源に向かって凸状に形成された光透過性の基部の表面に、光反射層を設けることにより構成されていることを特徴とする。これにより、光源から出射される光の一部のみを透過させるとともに他の光を反射させるといった拡散反射体の特性を容易に得ることが可能となる。

本発明に係るバックライトユニットは、上記のいずれかの光学部材と、前記拡散反射体に対向する位置に前記光源がそれぞれ配置された光源部とを備えることを特徴とする。

このような特徴のバックライトユニットによれば、上記光学部材を採用していることにより、拡散反射体によって光強度の強いスポットが消滅させられるとともに、光偏向要素によって光源と光源との間の明るさを増大することができるため、全体として光源ムラのない輝度均一性の高い光を出射することが可能となる。

また、本発明に係るバックライトユニットは、前記光学部材の他方のシート面側に、該他方のシート面から射出される光の射出方向、射出範囲、輝度分布の少なくとも１つを制御して射出する光学シートが設けられていることが好ましい。

本発明に係るディスプレイ装置は、上記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画像表示素子とを備えることを特徴とする。

このような特徴のディスプレイ装置は、上記バックライトユニットを備えていることにより、輝度ムラのない優れた表示品位を実現することが可能となる。

本発明の光学部材、バックライトユニット及びディスプレイ装置によれば、拡散反射体により光強度の強いスポットを消滅させるとともに、光偏向要素により光源と光源との間の明るさを増大させることにより、光源による輝度ムラをより効果的に除去することができる。

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部材については、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。

図１に示すように、第１実施形態に係るディスプレイ装置１００は、上方に光を照射するバックライトユニット８０の光の射出側に、液晶パネル（画像表示部）９０を重ねて設けることで構成される液晶表示装置であり、液晶パネル９０から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射出することで画像を表示するものである。
以下では、このような配置に基づいて、図１の上方向を単に正面方向あるいは観察者側、下方向を単に背面側と称する場合がある。

液晶パネル９０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液晶セル（表示素子又はパネル）９１の背面側及び観察者側に、光の偏光方向を制御する偏光板９２、９３が積層されることで構成されている。なお、液晶セル９１は、一対のガラス基板と、それらの間に挟持された液晶層とを含んで構成されている。
また、本実施形態においては、液晶パネル９０は、いわゆる透過型表示パネルであるが、半透過型表示パネルであってもよい。あるいは、液晶セル９１を含んだ液晶パネル９０に代えて、他の表示パネル、例えば、光透過性の着色パターンによって静止画像を表示する表示パネルを使用してもよい。

バックライトユニット８０は、液晶パネル９０の表示画面と略同一の面積の発光面を備えた発光装置であって、光源部１０、光学部材２０、二層の光学シート５０がこの順に積層されることで構成されている。

本実施形態において光源部１０は、紙面奥行き方向に延びるシリンダ形状をなす複数の線状光源１１が、互いに平行となるように一定のピッチで間隔を空けて配置されるとともに、これら線状光源の背面側及び側面側がランプハウス１２で囲われることで構成された直下型方式が採用されている。

線状光源１１としては、陰極管（ＣＣＦＬ)や、ＬＥＤ、ＥＬ、半導体レーザーなどを用いることができる。
また、ランプハウス１２は、観察者側が開口された箱型形状をなしており、白色フィルム、白色シート等の光反射性のフィルム、シートから構成されている。なお。このランプハウス１２は金属板等の支持体上にフィルム、シート等が貼り付けられて構成されたものであってもよい。

このようなバックライト用の光源部１０から射出される光は、線状光源１１の直上、即ち線状光源１１から見て正面方向の部分は明るくなり光強度の強いスポットが現れる一方で、隣接する線状光源１１の間は暗くなるという特性を有する。そのため、正面方向の観察者から、各線状光源１１の形状（ランプイメージ）が視認されて光源ムラが生ずるという問題が発生する。
しかし、本実施形態におけるバックライトユニット８０は後述するような光学部材２０を有することから、バックライトユニット８０として直下型方式を用いた場合には、上記のような光源ムラによる視認性の問題を抑制することができる。

光学部材２０は、図１及び図２に示すようにシート状に形成された基材２１の２つのシート面２１ａ、２１ｂのうち、背面側を向く一方のシート面２１ａ上に拡散反射体２２及び光偏向要素２３が設けられ、さらに、これら拡散反射及び光偏向要素２３の背面側に拡散板２７が積層されることで構成されている。

基材２１は光透過性の透明樹脂から形成されており、この透明樹脂としては例えば、アクリル樹脂、ポリスチレン（ＰＳ）樹脂、メタアクリルスチレン共重合体（ＭＳ）樹脂、ポリカーボネート（ＰＣ）樹脂、アクリロニトリルスチレン共重合体（ＡＳ）樹脂、シクロオレフィンポリマー（ＣＯＰ）等や、これらを成分とする共重合体若しくはこれらの樹脂の混合物が用いられる。

拡散反射体２２は、基材２１のシート面２１ａにおける複数の線状光源１１に対向する位置のそれぞれに、これら線状光源１１と平行状態となるように図１の紙面奥行き方向に延在するように、かつ、シート面２１ａから線状光源１１に向かって突出する凸状をなすように設けられている。これにより、複数の拡散反射体２２は、図３に示すように、線状光源１１と同じく互いに一定の間隔を空けて平行に配置さるとともに、図１に示すように、複数の線状光源１１に対して１対１の関係になるようにそれぞれの線状光源１１の正面方向Ｆに配設されることになる。

このような拡散反射体２２は、図２に示すように、シート面２１ａに接する底面２２ａと、該底面２２ａと平行な平坦面２２ｂと、これら底面２２ａ及び平坦面２２ｂを接続する一対の斜面２２ｃ、２２ｃとを備えており、即ち、拡散反射体２２は、側断面視にて、底面２２ａを下底、平坦面２２ｂを上底、斜面２２ｃ、２２ｃを底面２２ａから平坦面２２ｂに向かうに従って互いに接近する斜辺とした等脚台形状をなしている。
なお、これら複数の拡散反射体２２は全て同一形状をなしており、それぞれの拡散反射体２２の平坦面２２ｂは、全て基材２１と平行な同一平面上に配置されている。

上記拡散反射体２２は、頂部が平坦な凸構造からなる基部の表面に光反射層を設けることにより形成される。この基部は、熱可塑性樹脂を用いたプレス成形又は押し出し成形により上記基材２１と一体成形する方法や又は紫外線硬化樹脂による紫外線キュアリング成形法により別途成形する方法により設けられる。また、光反射層は、二酸化チタン、硫酸バリウム、酸化マグネシウムのような白色顔料を混合したインキを基部の頂部に印刷、若しくは転写することにより基部の表面に設けられる。

光偏向要素２３は、上記シート面２１ａにおける拡散反射体２２の間の領域を埋めるようにして該領域全面にわたって設けられている。より詳しくは、光偏向要素２３は、シート面２１ａから突出する凸状をなす単位レンズ２４が複数並設されることにより構成されており、本実施形態においては単位レンズ２４として上記拡散反射体２２と同じく図１の紙面奥行き方向に延びるプリズム２５が採用されている。これにより、図３に示すように、複数の拡散反射体２２及びプリズム２５がストライプ状に配設されることになる。

このプリズム２５は、図２に示すように、シート面２１ａに接する底面２５ａと、一対の斜面２５ｂ、２５ｂとを備えており、即ち、プリズム２５は、側断面視にて、底面２５ａを底辺、斜面２５ｂ、２５ｂを斜辺とした二等辺三角形状をなしている。
なお、これら複数のプリズム２５は全て同一形状をなしており、側断面視における二等辺三角形の頂点にあたる頂部２５ｃは、全て基材２１と平行な同一平面上に配置されている。

上記光偏向要素２３は、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＣ（ポリカーボネイト）、ＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）、ＣＯＰ（シクロオレフィンポリマー）等を用いて、当該技術分野では良く知られている熱可塑性樹脂を用いたプレス成形又は押し出し成形により上記基材２１と一体成形されても良いし、上記基材２１のシート面２１ａ上に紫外線固化樹脂を配置する紫外線キュアリング成型法によって形成しても良い。

また、本実施形態においては、拡散反射体２２は光偏向要素２３を構成する単位レンズ２４（プリズム２５）よりも背面側に突出している。即ち、図２における側断面視において、拡散反射体２２における底面２２ａと平坦面２２ｂとの距離である拡散反射体２２の高さをＨ１、プリズム２５における底面２５ａと頂部２５ｃとの距離であるプリズム２５の高さをＨ２とした場合に、Ｈ１＞Ｈ２の関係が成立する。さらに、本実施形態においては、拡散反射体２２及び単位レンズ２４の前記一方のシート面２１ａからの高さの差ΔＨが１０ｎｍ〜１５０ｎｍの範囲に設定されている。

そして、このようにして基材２１の背面側に配設された拡散反射体２２及び光偏向要素２３のさらに背面側には、平板形状をなす拡散板２７が、基材２１となるように積層されている。このように積層されることによって、拡散板２７における背面側を向く光入射面２７ａとは反対側の光射出面２７ｂが、単位レンズ２４よりも背面側に突出する拡散反射体２２の平坦面２２ｂのそれぞれに当接する。また、入射面２７ａとプリズム２５との間には、隙間として空気層２８が形成されることになる。

この拡散板２７は、透明樹脂に光散乱粒子が分散混入されることにより構成される。この透明樹脂としては、上記基材２１を構成する透明樹脂と透明樹脂と同様のものが用いられる。

また、上記透明樹脂に分散混入される光散乱粒子としては、無機微粒子または有機微粒子からなる粒子が用いられる。この例としては、アクリル系粒子、スチレン粒子、スチレンアクリル粒子およびその架橋体、メラミン―ホルマリン縮合物の粒子、ポリウレタン系粒子、ポリエーテル系粒子、ポリアミド系粒子、ポリエステル系粒子、シリコーン系粒子、フッ素系粒子、これらの共重合体、スメクタイト、カオリナイト、タルクなどの粘土化合物粒子、シリカ、二酸化チタン、アルミナ、シリカアルミナ、ジルコニア、酸化亜鉛、酸化バリウム、酸化ストロンチウムなどの無機酸化物粒子、炭酸カルシウム、炭酸バリウム、塩化バリウム、硫酸バリウム、硝酸バリウム、水酸化バリウム、水酸化アルミニウム、炭酸ストロンチウム、塩化ストロンチウム、硫酸ストロンチウム、硝酸ストロンチウム、水酸化ストロンチウム、ガラス粒子等を挙げることができる。

このような材料からなる拡散板２７は、押出法にて板状に成形することで製造することができる。押出法は、押出機で熱可塑性樹脂を加熱溶解させ、Ｔダイから押出し、板状あるいはシート状に成形する方法である。

光学シート５０は、光学部材２０における基材２１のシート面２１ｂに対向するようにして２枚が積層されており、該シート面２１ｂから射出される光の射出方向、射出範囲、輝度分布の少なくとも１つを制御して射出するものである。この光学シート５０としては、例えば、フィルム状に形成されて光透過性を有する透光性フィルムと、該透光性フィルムの出射面に一体に設けられたレンズアレイとを備えたものが用いられる。
なお、本実施形態では２枚の光学シート５０、５０が積層されているが、これに限定されることはなく、１枚又は３枚以上であってもよい。また、上記光学シート５０によって所望の光学特性を得ることができる場合には、光学シート５０を設けずにバックライトユニット８０及びディスプレイ装置１００を構成してもよい。

次に、上記拡散板２７を備えた光学シート５０、バックライトユニット８０及びディスプレイ装置１００の作用について説明する。

光源部１０の各線状光源１１から光学シート５０に向けて射出された光は、光学部材２０の最も背面側に配設された拡散板２７の入射面２７ａに入射して、該拡散板２７内にてある程度の散乱効果を付与された後、射出面２７ｂより出射される。
図４は、拡散板２７に入射する光の光路を説明する図である。Ｉ１は拡散板２７の入射面２７ａにおける各線状光源１１に対向する位置（線状光源１１から見て正面方向Ｆの位置）での光強度分布、Ｊ２は、拡散板２７の入射面２７ａにおける隣接する２つの線状光源１１、１１の中間位置に対向する位置（線状光源１１の射出光が正面方向Ｆから傾斜して入射する位置）での光強度分布である。

拡散板２７の入射面２７ａ側の光強度を比較した場合、図４に示すように、線状光源１１に対向した位置に照射される光強度が強く、線状光源１１と線状光源１１との間に照射される光強度は弱くなるため、Ｉ１が光強度の強いスポットとなり、Ｊ２が光強度の弱いスポットになる。また、これら拡散板２７に入射した光は、該拡散板２７内にてある程度拡散するものの、拡散板２７の射出面２７ｂから入射面２７ａと同様の光強度分布にて射出される。

ここで、本実施形態の光学部材２０が上記拡散板２７のみから構成されていると仮定した場合、各線状光源１１から出射される光は、拡散板２７を通過することである程度の散乱効果を付与されるものの、上記のようにＩ１が光強度の強いスポットとなり、Ｊ１が光強度の弱いスポットとなるため、観察者側から見た場合に光源ムラとして視認されてしまう。これは特に、拡散板２７と線状光源１１との距離Ｄ１を縮小した場合、あるいは、線状光源１１と線状光源１１の間隔Ｄ２を増大した場合に顕著となり、光源ムラが強く視認されてしまう。

この点、本実施形態の光学部材２０においては、該拡散板２７の射出面２７ｂ側に拡散反射体２２及び光偏向要素２３が設けられているため、上記のような光源ムラを除去することができる。

即ち、図５に示すように、拡散板２７の入射面２７ａにおける光強度の強いスポットＩ１から射出されて正面方向Ｆに進行する光Ｌ１は、半透過性の拡散反射体２２に入射し、拡散反射した光Ｌ１ａと強度の弱められた透過光Ｌ１ｂとに分散させられる。この拡散反射した光Ｌ１ａは、線状光源１１の周囲を覆うランプハウス１２で反射され再利用される。
一方、光強度の強いスポットＩ１から正面方向Ｆより傾斜して進行する光Ｌ２は、拡散板２７から射出された後、光偏向要素２３の単位レンズ２４（プリズム２５）に入射し、プリズム２５の斜面２５ｂにて内部全反射することで正面方向Ｆへと立ち上げれられる。

このようにして、線状光源１１に対向する位置、即ち、光源から見て正面方向Ｆの位置に設けられた拡散反射体２２よって線状光源１１から正面方向Ｆに出射させる光の一部のみが透過させられて光強度の強いスポットが消滅させられるとともに、また、光偏向要素２３の単位レンズ２４に傾斜して入射する光が正面方向に集光させられることによって線状光源１１と線状光源１１との間の明るさが増大することにより、全体として光源ムラのない輝度均一性の高い光をシート面２１ｂから射出することができる。

ここで、例えば、図６に示すように、光偏向要素２３を構成する単位レンズ２４（プリズム２５）の頂部２５ｃと拡散板２７の射出面２７ｂとが接触している場合、これら単位レンズ２４（プリズム２５）と拡散板２７との接触面が明るい輝線、輝点として視認されてしまう。これは、該接触面に垂直に入射する光、即ち、単位レンズ２４（プリズム２５）の頂部２５ｃに入射する光が屈折せずにそのまま正面方向Ｆへと進行して該正面方向Ｆの光強度が強められる一方で、単位レンズ２４（プリズム２５）の斜面２５ｂに入射する光が屈折して進行方向を斜め方向に変化し、正面方向Ｆから傾斜した方向の光強度が弱められることに基づく。即ち、正面方向Ｆと傾斜方向との光強度の差が大きくなることで明暗模様が発現して輝線、輝点が視認されるのである。

この点、本実施形態の光学部材２０においては、拡散板２７が、単位レンズ２４（プリズム２５）よりも突出した拡散反射体２２の平坦面２２ｂに当接していることから、拡散板２７と単位レンズ２４（プリズム２５）とが接触することはなくこれらの間の間隙による空気層２８が形成される。これにより、拡散板２６と単位レンズ２４（プリズム２５）の頂部との間に接触面が形成されることがないため、単位レンズ２４の頂部に入射する光が適切に屈折して分散し、輝線、輝点として視認されることを防止することができる。

また、拡散反射体２２及び単位レンズ２４（プリズム２５）の一方のシート面２１ａからの高さの差ΔＨが１０ｎｍ未満の場合、両者の高さが小さすぎることかから、拡散反射体２２を成形する際に反射層が単位レンズ２４（プリズム２５）にも付着してしまうため、単位レンズ２４（プリズム２５）の特性が劣化してしまう。一方、ΔＨが１５０ｎｍを超える場合には、拡散反射体２２の側面である斜面２２ｃに傾斜して進入する光が増加することから、正面方向Ｆより傾斜した方向から見たときに拡散反射体２２の位置で光強度の強い線状のスポットが視認されるため好ましくない。
本実施形態の光学部材２０においては、この点を考慮して、ΔＨが、１０ｎｍ〜１５０ｎｍの範囲に設定されていることから、上記のような不都合が生じることない。

そして、光学部材２０における基材２１の他方のシート面２１ｂより射出される輝度均一性の高い光（図１に示す符号Ｋ）が、光学シート５０、５０を通過することによって、その射出方向、射出範囲、輝度分布の少なくとも１つが使用用途に応じて最適となるように制御され液晶パネル９０へと出射させられる。その後、偏光板９２を通過することで適宜偏光させられた後、液晶セル９１、偏光板９３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、一定の視野角を有する画像が表示される。

このようにして、本実施形態のバックライトユニット８０によれば、光学部材２０を採用していることにより、拡散反射体２２によって光強度の強いスポットが消滅させられるとともに、光偏向要素２３によって線状光源１１と線状光源１１との間の明るさを増大させることができるため、全体として光源ムラのない輝度均一性の高い光を出射することが可能となる。

また、本実施形態のディスプレイ装置１００によれば、上記バックライトユニット８０を備えていることにより、輝度ムラのない優れた表示品位を実現することが可能となる。

さらに、光学部材２０によって光源ムラを除去することができるため、図４における
拡散板２７と線状光源１１との距離Ｄ１を縮小することができるとともに、線状光源１１と線状光源１１の間隔Ｄ２を増大することができる。したがって、薄型化を図ることができるとともに、線状光源１１の本数を減らして省電力化を図ることができるバックライトユニット８０及びディスプレイ装置１００を提供することが可能となる。

なお、本実施形態においては、光偏向要素２３を構成する単位レンズ２４として拡散反射体２２と同様に一次元方向に延びるプリズム２５が採用されているが、これに限定されることはなく、図７に示すように、拡散反射体２２と同様に一次元方向に延びるシリンドリカルレンズ２６を採用したものであってもよい。
さらに、単位レンズ２４は、例えば図８に示すように、基材２１の一方のシート面２１ａにおいて二次元方向に複数配列されたマイクロレンズ２９であってもよい。また、マイクロレンズ２９に代えて、例えば三角錐状レンズや四角錐状レンズが二次元方向に複数配列されたものであってもよい。
この場合においても、単位レンズ２４としてプリズム２５を採用した場合と同様に、線状光源１１と線状光源１１との間の明るさを増大させることが可能な光偏向要素２３を構成することができる。

次に本発明の第２の実施形態のディスプレイ装置２００について説明する。図９は第２実施形態に係るディスプレイ装置２００の概略構成を示す模式的な断面図である。第２の実施形態のディスプレイ装置２００は、光源部１０及び光学部材２０の構成において第１の実施形態のディスプレイ装置１００とは相違する。
図９において図１と同様の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。

本実施形態における光源部１０は、光を放射状に射出可能な点光源１３が二次元方向にマトリックス状に配置されるとともに、このように配置された点光源１３の背面側及び側面側がランプハウス１２で囲われることによって構成された直下型方式が採用されている。

点光源１３としては、発光ダイオード（ＬＥＤ）を採用することが好ましい。この発光ダイオードを構成する際には、例えば単色に発光する発光素子を組み合わせることで白色に発光する方式が一般的に用いられている。また、携帯電話等のモバイル機器においては、青色に発光する発光素子に黄色の蛍光体を搭載して擬似白色に発光する方式の白色ＬＥＤがある。い
また、点光源１３としては、上述したものに限らず、例えばモバイル機器に設けられるもののように、一つの単色発光素子に他の少なくとも１種類以上の蛍光体を搭載したものであってもよい。さらに、点光源１３は、例えば通常の蛍光ランプ、ハロゲンランプ、半導体レーザー等であってもよい。さらに、点光源は上述のものに限らず、一つの単色ＬＥＤ素子に少なくとも１種類以上の蛍光体で覆ったものであってもよい。

本実施形態における光学部材２０における拡散反射体３２は、基材２１のシート面２１ａにおける複数の点光源１３に対向する位置のそれぞれに、シート面２１ａから線状光源１１に向かって突出する凸状をなすように設けられている。これにより、拡散反射体３２は、図１０に示すように、点光源１３と同じく二次元方向にマトリックス状に配設されて、点光源１３に対して１対１の関係になるように各点光源１３の直上に位置することになる。

このような拡散反射体３２は、シート面２１ａに接し矩形状をなす底面３２ａと、同じく矩形状をなして該底面３２ａと平行に配置される平坦面３２ｂと、これら底面３２ａ及び平坦面３２ｂを接続する４つの斜面３２ｃとを備えており、即ち、拡散反射体３２は、平坦面３２ｂを上底面とした四角錐台形状をなしている。
なお、これら複数の拡散反射体３２は全て同一形状をなしており、それぞれの拡散反射体３２の平坦面３２ｂは、全て基材２１と平行な同一平面上に配置されている。

光偏向要素３３は、上記シート面２１ａにおける拡散反射体３２の間の領域を埋めるようにして該領域全面に亘って設けられている。より詳しくは、光偏向要素３３は、シート面２１ａから突出する凸状をなす単位レンズ３４が複数並設されることにより構成されており、本実施形態においては単位レンズ３４としてマイクロレンズ３５が採用されている。これにより、図１０に示すように、複数の拡散反射体３２及びマイクロレンズ３５がマトリックス状に配設されることになる。なお、このマイクロレンズ３５のようにマトリックス状に配設可能な単位レンズ３４ならば、例えば三角錐状レンズ、四角錐状レンズを採用したものであってもよい。

また、第２実施形態においても第１実施形態と同様に、拡散反射体３２は光偏向要素３３を構成する単位レンズ３４（マイクロレンズ３５）よりも背面側に突出しており、これらの一方のシート面２１ａからの高さの差ΔＨは１０ｎｍ〜１５０ｎｍの範囲に設定されている。
そして、拡散板２７が、その射出面２７ｂを拡散反射体３２の平坦面３２ｂのそれぞれに当接させるようにして積層されることで光学部材２０が構成されている。

この第２実施形態の光学部材２０においても第１の実施形態と同様に、点光源１３に対向する位置に設けられた拡散反射体３２よって線状光源１１から正面方向Ｆに出射させる光の一部のみが透過させられて光強度の強いスポットが消滅させられ、また、光偏向要素３３の単位レンズ３４（マイクロレンズ３５）に傾斜して入射する光が正面方向に集光させられることによって点光源１３と点光源１３との間の明るさが増大することにより、全体として光源ムラのない輝度均一性の高い光をシート面２１ｂから射出することができる。

以上、本発明の実施形態の光学部材２０、バックライトユニット８０及びディスプレイ装置１００、２００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、光学部材２０において拡散反射体２２、３２及び光偏向要素２３、３３のみによって十分な輝度の均一化を行える場合もしくは基材２１に光散乱粒子が混入されて通過する光に光散乱効果を付与できる場合には、拡散板２７を設けない構成であってもよい。

実施形態で説明した光学部材を採用したバックライトユニット、ディスプレイ装置を作製し、その物性の評価試験を行った。

＜バックライト装置の詳細＞
サイズ：２６インチ、光源：ＣＣＦＬランプ、ランプ間隔：１６ｍｍ、ランプ本数：１６本、ランプ径２．５ｍｍ、ランプと拡散板の距離：１０ｍｍとした。

光学部材は、ＰＣ樹脂を押し出し成型することで、光偏向要素と拡散反射体の基部を一体で作成した。拡散反射体は、押し出し成型直後に酸化チタンを含有する白色転写シート（反射率７０％）を押し当て、成型時の熱を利用して白色反射層を基部に転写した。光偏向要素は、ピッチ１５０ｕｍ、高さ９０ｕｍのレンチキュラーレンズ形状とした。拡散反射体は、底部幅３．５ｍｍ、頂部幅２．８ｍｍの台形形状とした。表１は、光偏向要素と拡散反射体の高さの差（ΔＨ）を５ｕｍ〜２００ｕｍの範囲で変化させた場合の、輝度ムラの視認性と、白色反射層の転写性を評価した結果を表すものである。

光学部材のΔＨは、１０ｕｍ〜１５０ｕｍの範囲で輝度ムラ、反射層の転写性ともに良好な結果を得られた。ΔＨが１０ｕｍよりも小さい場合、反射層を転写する際に、光偏向要素の頂部にインクが付着してしまい、かえって視認性が悪化してしまった。ΔＨが１５０ｕｍよりも大きい場合、拡散反射体の側面から進入する斜め光が増加し、斜めから見たときに拡散反射体の位置で明るいスポットが線状に発生してしまうため不適である。
よって、ΔＨを１０ｕｍ〜１５０ｕｍの範囲に設定することで上記不都合を解消できることが判明した。

第１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。 光学部材の部分拡大図である。 光学部材の拡散反射体及び光偏向要素を背面側から見た図である。 拡散板に入射する光の光路を説明する図である。 光学部材に入射する光の光路を説明する図である。 光偏向要素が拡散板に接触している場合の光の光路を説明する図である。 （ａ）は変形例の光学部材の基材、拡散反射体及び光偏向要素の側断面図、（ｂ）は拡散反射体及び光偏向要素を背面側から見た図である。 （ａ）は変形例の光学部材の基材、拡散反射体及び光偏向要素の側断面図、（ｂ）は拡散反射体及び光偏向要素を背面側から見た図である。 第２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。 光学部材の拡散反射体及び光偏向要素を背面側から見た図である。

符号の説明

１０ 光源部
１１ 線状光源
１２ ランプハウス
１３ 点光源
２０ 光学部材
２１ 基材
２１ａ シート面
２１ｂ シート面
２２ 拡散反射体
２２ａ 底面
２２ｂ 平坦面
２２ｃ 斜面
２３ 光偏向要素
２４ 単位レンズ
２５ プリズム
２５ａ 底面
２５ｂ 斜面
２５ｃ 頂部
２６ シリンドリカルレンズ
２７ 拡散板
２７ａ 入射面
２７ｂ 射出面
２８ 空気層
２９ マイクロレンズ
３２ 拡散反射体
３２ａ 底面
３２ｂ 平坦面
３２ｃ 斜面
３３ 光偏向要素
３４ 単位レンズ
３５ マイクロレンズ
５０ 光学シート
８０ バックライトユニット
９０ 液晶パネル
１００ ディスプレイ装置
２００ ディスプレイ装置

Claims (13)

1. 光を透過するシート状の基材の一方のシート面に沿って対向配置された複数の光源からの光を、その光学特性を変換して他方のシート面から正面方向に射出する光学部材であって、
   前記一方のシート面における前記複数の光源に対向する位置に、前記光源に向かって突出する凸状をなし、前記光源から前記正面方向に射出された光の一部を透過させるとともに他の光を拡散反射させる拡散反射体がそれぞれ配設され、
   前記一方のシート面におけるこれら拡散反射体の間の領域全面に、凸状をなす単位レンズが複数並設されてなり、前記光源から前記正面方向より傾斜して射出される光を前記正面方向に集光する光偏向要素が設けられていることを特徴とする光学部材。
2. 前記拡散反射体が前記単位レンズよりも前記光源側に突出してその頂部が平坦面とされているとともに、
   平板形状をなす拡散板が、前記基材と平行に、かつ、前記平坦面のそれぞれに当接して設けられていることを特徴とする請求項１の記載の光学部材。
3. 前記拡散反射体及び前記単位レンズの前記一方のシート面からの高さの差ΔＨが、１０ｎｍ〜１５０ｎｍの範囲に設定されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の光学部材。
4. 前記拡散反射体が、それぞれ互いに平行となるように前記一方のシート面において一次元方向に延在しており、
   前記単位レンズが、前記拡散反射体と平行に一次元方向に延在してい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部材。
5. 前記単位レンズが、プリズム又はレンチキュラーレンズのいずれかであることを特徴とする請求項４に記載の光学部材。
6. 前記拡散反射体が、それぞれ互いに平行となるように前記一方のシート面において一次元方向に延在しており、
   前記単位レンズが、前記一方のシート面において二次元方向に複数配列されてい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部材。
7. 前記拡散反射体が、前記一方のシート面においてそれぞれ互いに間隔を空けて二次元方向に配列されており、
   前記単位レンズが、前記一方のシート面において二次元方向に複数配列されてい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部材。
8. 前記単位レンズが、マイクロレンズ、三角錐状レンズ、四角錐状レンズのいずれかであることを特徴とする請求項６又は７に記載の光学部材。
9. 前記基材に、光散乱粒子が分散混入されていることを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の光学部材。
10. 前記拡散反射体は、前記一方のシート面から前記光源に向かって凸状に形成された光透過性の基部の表面に、光反射層を設けることにより構成されていることを特徴とする請求項１から９のいずれか一項に記載の光学部材。
11. 請求項１から１０に記載のいずれか一項に記載の光学部材と、
    前記拡散反射体に対向する位置に前記光源がそれぞれ配置された光源部とを備えることを特徴とするバックライトユニット。
12. 前記光学部材の他方のシート面側に、該他方のシート面から射出される光の射出方向、射出範囲、輝度分布の少なくとも１つを制御して射出する光学シートが設けられたことを特徴とする請求項１１に記載のバックライトユニット。
13. 請求項１２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画像表示素子とを備えることを特徴とするディスプレイ装置。

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