JP5716785B2 - バックライトユニットおよびディスプレイ装置 - Google Patents

Description

本発明は、照明光路制御に用いられる光拡散デバイス、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ものである。特に、フラットパネルディスプレイに代表される画像表示装置における照明光路制御に使用される光拡散デバイス、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ものである。

最近の大型液晶テレビにおいては、複数本の冷陰極管やＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）を配置した直下型方式バックライトが採用されている。画像表示素子と光源との間に光散乱性の強い拡散板が用いられて、光源としての冷陰極管やＬＥＤなどが視認されないようにされている。
拡散板は、光拡散効果により光を全方位に拡散するため、液晶表示装置を暗くする。また、拡散板の板厚は、光散乱性を高めるために、また拡散板の上に構成される光学フィルムの支持をするために、通常１〜５ｍｍ程度の厚さを必要とするので、拡散板で少なからず光吸収され、液晶画面表示が暗くなる。

また、液晶テレビは年々薄型化していく傾向があるので、拡散板も薄型化される傾向があり、更なる拡散性の向上が求められている。更には、近年、環境問題がクローズアップされ、液晶テレビにおいても低消費電力化、水銀レスが叫ばれており、光源としてＬＥＤの採用が進みつつある。

従来、直下型方式バックライトに使用される拡散板は、光源から射出される光を拡散させ、輝度ムラ（光源イメージ）を低減させることを目的としている。しかしながら、完全に光源イメージを消すことは難しい。

完全にランプイメージを消すために、無理に拡散粒子を増やした場合には、拡散板の全光線透過率が下がりすぎ、輝度低下を引き起こす原因となる。
また、全光線透過率を下げないよう拡散板の拡散粒子を減らすと、拡散効果も下がってしまう。

特許文献１〜２には、拡散性能を向上させる手段として、拡散板の射出面にレンズ形状を賦形した例が開示されている。

特開２００７−１６３８１０号公報 特開２００８−９１１１４号公報

レンズ形状を拡散板に賦形する場合、レンズ自体にも拡散粒子が入ってしまうため１００％の賦形は難しく、またレンズ表面に拡散粒子が露出してしまう等、そのレンズ性能を発揮することは困難であった。
本発明は、上記問題を鑑みてなされたものであり、賦形性を向上させ、そのレンズ性能を十分に発揮させることが可能であり、且つ、拡散粒子による拡散性能が最も発揮される層構成を選択した光拡散デバイス、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。

上記の目的を達成するために、本発明は以下の構成を採用した。
すなわち、請求項１記載の発明は、反射性を有する平面上に配置されてなる複数の光源と、該複数の光源に対し直接配置される光拡散デバイスを備えるバックライトユニットであって、該光拡散デバイスが、前記複数の光源からの入射光を拡散して射出する光拡散層と、前記光拡散層の光射出面側に配置されてなる光伝搬層と、前記光伝搬層の光射出面側に配置されてなる光偏向要素とを有し、前記光偏向要素が少なくとも１種以上の凹凸形状を有する光偏向要素であって、前記光偏向要素が二次元に偏向面を有し、前記光拡散層は、透明樹脂に光拡散領域が分散されてなり、全光線透過率が６０％〜９０％、ヘイズ値が５０％〜９５％であり、前記光伝搬層は、全光線透過率が８０％以上、ヘイズ値が０〜５０％であり、前記光伝搬層の厚みが、前記光拡散デバイスの厚みに対して、５０％〜９８％であり、前記光偏向要素は、一次元に配列された第１のレンズアレイと一次元に配列された第２のレンズアレイとからなり、前記第１のレンズアレイと前記第２のレンズアレイとが、略直交して配置されてなり、前記光偏向要素の前記第１レンズアレイが三角形状のプリズムであり、該プリズムが間隔をあけて配列されており、前記第２レンズアレイが三角形状のプリズムであり、前記第１レンズアレイのプリズムの間に配列されていることを特徴とするバックライトユニットである。
また、請求項２記載の発明は、前記三角形状のプリズムからなる前記第１レンズアレイの高さが、前記第１レンズアレイのプリズムの間に配列され、前記三角形状のプリズムからなる前記第２レンズの高さよりも大きいことを特徴とする請求項１に記載のバックライトユニットである。
また、請求項３記載の発明は、反射性を有する平面上に配置されてなる複数の光源と、該複数の光源に対し直接配置される光拡散デバイスを備えるバックライトユニットであって、該光拡散デバイスが、前記複数の光源からの入射光を拡散して射出する光拡散層と、前記光拡散層の光射出面側に配置されてなる光伝搬層と、前記光伝搬層の光射出面側に配置されてなる光偏向要素とを有し、前記光偏向要素が少なくとも１種以上の凹凸形状を有する光偏向要素であって、前記光偏向要素が二次元に偏向面を有し、前記光拡散層は、透明樹脂に光拡散領域が分散されてなり、全光線透過率が６０％〜９０％、ヘイズ値が５０％〜９５％であり、前記光伝搬層は、全光線透過率が８０％以上、ヘイズ値が０〜５０％であり、前記光伝搬層の厚みが、前記光拡散デバイスの厚みに対して、５０％〜９８％であり、前記光偏向要素は、一次元に配列された第１のレンズアレイと一次元に配列された第２のレンズアレイとからなり、前記第１のレンズアレイと前記第２のレンズアレイとが、略直交して配置されてなり、前記光偏向要素の前記第１レンズアレイが台形形状のプリズムであり、前記第２レンズアレイが三角形状のプリズムであり、前記第１レンズアレイの台形形状の頂部に配列されており、前記光偏向要素の前記第１レンズアレイの台形形状のプリズムの高さが、前記第１レンズアレイの台形形状の頂部に配列されている前記三角形状のプリズムからなる前記第２レンズアレイの高さよりも大きいことを特徴とするバックライトユニットである。
また、請求項４記載の発明は、前記光拡散層の入射面が凹凸形状を有しており、その表面粗さＲａが５μｍ以上１００μｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のバックライトユニットである。
また、請求項５記載の発明は、さらに、少なくとも１種以上の光学部材を備えることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のバックライトユニットである。
また、請求項６記載の発明は、前記光源が点光源であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のバックライトユニットである。
また、請求項７記載の発明は、画素単位で光を透過／遮光して画像を表示する画像表示素子と、請求項１乃至６のいずれか１項に記載のバックライトユニットと、を備えることを特徴とするディスプレイ装置である。

上記構成によれば、二次元方向に偏向面を有する偏向レンズを賦形性良く賦形し、光源との距離が近づいても均一な光を射出することが可能である光拡散デバイス、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ができる。

本発明の実施形態であるディスプレイ装置の断面模式図である。 本発明の実施形態である光拡散デバイスの断面模式図である。 （ａ）光偏向要素のレンズ形状の一例を示す図である。（ｂ）光偏向要素のレンズ形状の一例を示す図である。 （ａ）光偏向要素のレンズ形状の一例を示す図である。（ｂ）光偏向要素のレンズ形状の一例を示す図である。

以下、本発明を実施するための形態を説明する。
図１は本発明の光拡散デバイス、バックライトユニットおよびディスプレイ装置の一例を示す断面模式図である。
本発明の実施形態であるディスプレイ装置７０は、画像表示素子３５とバックライトユニット５５とから構成されている。また、本発明の実施形態であるバックライトユニット５５は、ランプハウス（反射板）４３内に複数の光源４１が配置され、その上（観察者側方向Ｆ）に本発明の実施形態である光拡散デバイス２５、光学フィルム５が単一、又は複数配置されて構成されている。
光源４１から射出された光Ｈは、光拡散デバイス２５で拡散され、その上に配置された単一、又は複数の光学フィルムで拡散・反射・集光・カラーシフトされ、バックライトユニット５５から射出される光Ｋが、画像表示素子３５に入射し、観察者側Ｆへと射出される。

光源４１は、画像表示素子３５へと光を供給するものである。そこで光源４１としては、たとえば、複数の点光源を用いることができる。複数の点光源としては、たとえば、ＬＥＤなどを用いることができる。
反射板４３は、複数の光源４１の観察者側Ｆと反対側に配置され、光源４１から射出された光のうち、観察者側Ｆと反対側の方向に出射された光と、複数の光源４１の観察者側Ｆに配置された複数の光学部材により反射された光を反射させて観察者側Ｆに射出させることができる。このように反射板４３を用いることによって、光の利用効率を高めることができる。反射板４３としては、光を高効率で反射させる部材であればよく、たとえば、一般的な反射フィルム、反射板などを使用することができる。

本発明の実施形態である光拡散デバイス２５は、入射面側から、光拡散層２６、光伝搬層２３、光偏向要素２８とで構成される。光拡散デバイス２５の機能は、光拡散層２６の入射面から入射した光Ｈを拡散し、光伝搬層２３内で拡散光を広げ、光偏向要素２８にて射出光を大きく偏向するものである。
上述のような光拡散デバイス２５は、液晶装置のみならず、背面投射型スクリーン、太陽電池、有機又は無機ＥＬ、照明装置など、光路制御を行うものであれば、いずれのものにも使用することができる。

図２は、本発明の実施形態である光拡散デバイス２５の機能を説明する図である。
光源４１は反射板４３上に一定のピッチで配列されている。光源４１から射出した光Ｈは、光拡散デバイス２５の観察者側Ｆと反対側の面、すなわち光拡散層２６より入射し、光拡散デバイス２５の観察者側Ｆの面、すなわち光偏向要素２８より観察者側Ｆへ射出する。

光拡散層２６は、全光線透過率が６０％〜９０％であることが好ましい。全光線透過率が６０％未満の場合には、拡散性能が強すぎるため、光偏向要素２８の効果が減少してしまうため好ましくない。逆に全光線透過率が９０％を超えると、拡散性能が足りなくなる。全光線透過率を６０％〜９０％に制御することで、光拡散層２６の拡散効果と光偏向要素２８の光偏向効果とを両立した、光拡散デバイス２５を得ることが可能となる。尚、全光線透過率は、ＪＩＳ Ｋ７３６１−１に準拠した測定値である。

光拡散層２６は、ヘイズ値が５０％〜９５％であることが好ましい。ヘイズ値が５０％未満の場合は、拡散性能が不十分となり、面内輝度の均一性が悪化するため好ましくない。逆にヘイズ値が９５％を超えると、拡散性能が強すぎるため、光偏向要素２８の効果が減少してしまう。ヘイズ値を５０％〜９５％に制御することで、光拡散層２６の拡散効果と光偏向要素２８の光偏向効果とを両立した、光拡散デバイス２５を得ることが可能となる。尚、ヘイズ値は、ＪＩＳ Ｋ７１３６に準拠した測定値である。

本発明の光拡散デバイス２５を構成する光伝搬層２３は、全光線透過率が８０％以上であることが好ましい。全光線透過率が８０％以上であれば、観察者側Ｆへ出射させる光の輝度を低下させることがない。逆に、全光線透過率が８０％未満の場合には、観察者側Ｆへ出射させる光の輝度低下を生じさせるため好ましくない。尚、全光線透過率は、ＪＩＳ Ｋ７３６１−１に準拠した測定値である。

また、光伝搬層２３は、ヘイズ値が０〜５０％であることが好ましい。光伝搬層２３は、光拡散層２６によって拡散された入射光を効果的に拡げて伝搬し、光偏向要素２８へ入射させる。従って、ヘイズ値が５０％を超える場合には、十分な光伝搬効果を得ることが出来ないため好ましくない。尚、ヘイズ値は、ＪＩＳ Ｋ７１３６に準拠した測定値である。

上述のように拡散性能を制御した光拡散層２６に入射した光は、光拡散層２６内で拡散され、光伝搬層２３にて拡げられる。従って、光伝搬層２３の厚みは、厚いほど光を広い範囲に伝搬する。具体的には、光拡散デバイス２５の総厚に対して、５０％〜９８％に設定されることが望ましい。光伝搬層２３の厚みが光拡散デバイス２５の総厚に対して５０％未満では十分光を拡げることが出来ず、また、９８％を超えると、光拡散層２６が薄くなりすぎ、十分な拡散効果を得ることが難しくなるためである。

本発明の光拡散デバイス２５は、入射面側に全光線透過率が６０％〜９０％、ヘイズ値が５０％〜９５％に制御された光拡散層２６が配置されているため、光源４１からの光Ｈを、光偏向要素２８の偏向効果を十分発揮可能な範囲で拡散させるため、拡散効果の高い光拡散デバイス２５を得られる。ここで拡散性能を制御するにあたり、光拡散層２６の入射面に、表面粗さＲａが５μｍ以上１００μｍ以下の凹凸形状を付与することがより好ましい。ＬＥＤに代表される点光源は一般的に指向性が強い。従って、入射面に凹凸形状を付与することで、光源４１からの入射光を散乱させながら光拡散層２６に入射させることが出来るため有用である。しかしながら、Ｒａが５μｍ以下では散乱性能が低く、また１００μｍを超えると、ムラとして視認されるため好ましくない。従って、表面粗さＲａは５μｍ〜１００μｍの範囲であることが好ましく、更には５μｍ〜３０μｍの範囲であることがより好ましい。
本発明の光拡散デバイス２５は、光拡散層２６の射出面側に、全光線透過率が８０％以上、ヘイズ値が０〜５０％の光伝搬層２３が配置されているため、光拡散層２６で拡散した光を効果的に伝搬して拡げることが可能なため、拡散効果の高い光拡散デバイス２５が得られる。
本発明の光拡散デバイス２５は、光伝搬層２３の射出面側に、二次元的に光を偏向して射出する光偏向要素２８が配置されているため、光源４１から入射した光を効果的に二次元方向に拡散するため、拡散効果の高い光拡散デバイス２５が得られる。

光偏向要素２８としては凹凸形状を有するレンズであることが望ましい。凹凸形状を有するレンズとしては、図３（ａ）及び（ｂ）に示されるような単位レンズが二次元方向に配列されたものであることが望ましい。光源４１は複数の点光源が配置されるため、二次元的に光源イメージの低減を図ることが求められる。従って、光偏向要素２８としては図３（ａ）及び（ｂ）に示されるようなマイクロレンズ形状やピラミッド形状であることが望ましい。

光偏向要素２８としてマイクロレンズを用いる場合、光伝搬層２３の射出面全面をマイクロレンズで覆うことは難しい。ここで光伝搬層２３の射出面の面積をＳ、配列されたマイクロレンズの底面積の和をＭとしたとき、Ｍ／Ｓ≧７０％であることが望ましい。Ｍ／Ｓが７０％を下回ると、光偏向要素２８を介さずに光伝搬層２３から射出する光が増えてしまい、光源イメージを消すことは難しいためである。
また、マイクロレンズの直径とマイクロレンズの高さの比、すなわちアスペクト比が０．４以上であることが望ましい。アスペクト比が０．４を下回ると、マイクロレンズによる拡散効果が弱くなり、光源イメージを消すことは難しいためである。

光偏向要素２８としては、図４（ａ）及び（ｂ）に示されるような、第１のレンズアレイ２８１と第２のレンズアレイ２８２とが交差する方向に配列された形状であることが望ましい。二次元方向の偏向効果を容易に得ることができるためである。
また、一般的に大型の液晶テレビの画面サイズは１６：９の比率となっている。従って、光源４１をマトリクス状に配列する際、完全な正方配列ではなく、画面の縦方向と横方向とで配列のピッチが異なることがあり得る。図４（ａ）及び（ｂ）で示されるような光偏向要素２８は、第１のレンズアレイ２８１の偏向効果と第２のレンズアレイ２８２の偏向効果とを適宜バランスを取ることが可能なため、光源４１が縦方向と横方向とで配列のピッチが異なった場合においても、本発明の光拡散デバイス２５の拡散効果を容易に調整することが出来る。
一方、図３（ａ）及び（ｂ）で示されるような単位レンズにおいても、例えばピラミッド形状の角度を縦方向と横方向とで変更したり、例えばマイクロレンズ形状においては、真円形状ではなく楕円形状とすることで、光源４１の配列ピッチに対応することが可能である。

図３及び図４においては、レンズ形状がプリズム形状にて示されているがこれに限らず、側面が湾曲形状であったり、頂部が湾曲、または平坦である場合にも本発明の主旨から逸脱するものではない。光拡散層２６で拡散された光を光伝搬層２３にて拡げ、二次元的に光を偏向して射出する光偏向要素２８であれば、上述に限るものではない。

光偏向要素２８は、光伝搬層２３の射出面に、ＵＶ硬化樹脂などのような電子線硬化樹脂を用いて成形することができる。
たとえば、光拡散層２６と光伝搬層２３とを押出法や射出成形法等により一体で板状部材として成形して、光伝搬層２３の射出面に光偏向要素２８をＵＶ成形することができる。さらにまた、光伝搬層２３を押出法や射出成形法等により板状部材として成形して、これを光拡散層２６と一体化する前／後に、光伝搬層２３の射出面に光偏向要素２８をＵＶ成形することができる。
また、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＣ（ポリカーボネート）、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）、アクリルニトリルスチレン共重合体、アクリロニトリルポリスチレン共重合体などを用いて、押出成形法、射出成型法、あるいは熱プレス成型法によって光偏向要素２８をシート状に形成することもできる。また、同様に作製したシート材の表面に、光偏向要素２８を、放射線硬化樹脂を用いて成形することもできる。
このようにシート状に成形した光偏向要素２８を光伝搬層２３の射出面側に一体貼合することも出来る。
従って本発明の光拡散デバイス２５を構成する光偏向要素２８は、非常に賦形性良く成形することが可能となる。

本発明の光拡散デバイス２５を構成する光拡散層２６は、透明樹脂に光拡散領域が分散されて形成されている。
透明樹脂としては、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂などを用いることができ、例えば、ポリカーボネート樹脂、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、ポリスチレン樹脂、シクロオレフィンポリマー、メチルスチレン樹脂、フルオレン樹脂、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリプロピレン、アクリルニトリルスチレン共重合体、アクリロニトリルポリスチレン共重合体などを用いることができる。

光拡散領域は、光拡散粒子からなることが好ましい。好適な拡散性能を容易に得ることができるためである。
光拡散粒子としては、無機酸化物または樹脂からなる透明粒子を用いることができる。無機酸化物からなる透明粒子としては、例えば、シリカ、アルミナなどを用いることができる。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、メラミン・ホルマリン縮合物の粒子、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、ＰＦＡ（ペルフルオロアルコキシ樹脂）、ＦＥＰ（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）、ＰＶＤＦ（ポリフルオロビニリデン）、及びＥＴＦＥ（エチレン・テトラフルオロエチレン共重合体）等のフッ素ポリマー粒子、シリコーン樹脂粒子などを用いることができる。
また、上述した透明粒子から２種類以上の透明粒子を組み合わせて使用してもよい。さらにまた、透明粒子の大きさ、形状は、特に規定されない。

なお、透明樹脂として熱可塑性樹脂を用いた場合には、光拡散領域として気泡を用いても良い。
熱可塑性樹脂の内部に形成された気泡の内部表面が光の乱反射を生じさせ、光拡散粒子を分散させた場合と同等以上の光拡散機能を発現させることができる。そのため、光拡散層２６の膜厚をより薄くすることが可能となる。
このような光拡散層２６として、白色ＰＥＴや白色ＰＰなどを挙げることができる。白色ＰＥＴは、ＰＥＴと相溶性のない樹脂や酸化チタン（ＴｉＯ_２）、硫酸化バリウム（ＢａＳＯ_４）、炭酸カルシウムのようなフィラーをＰＥＴに分散させた後、該ＰＥＴを２軸延伸法で延伸することにより、該フィラーの周りに気泡を発生させて形成する。

なお、熱可塑性樹脂からなる光拡散層２６は、少なくとも１軸方向に延伸されてなればよい。少なくとも１軸方向に延伸させれば、フィラーの周りに気泡を発生させることができるためである。

熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレン―２、６―ナフレート、ポリプロピレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、シクロヘキサンジメタノール共重合ポリエステル樹脂、イソフタル酸共重合ポリエステル樹脂、スポログリコール共重合ポリエステル樹脂、フルオレン共重合ポリエステル樹脂等のポリエステル系樹脂、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリメチルペンテン、脂環式オレフィン共重合樹脂等のポリオレフィン系樹脂、ポリメチルメタクリレート等のアクリル樹脂、ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリアミド、ポリエーテル、ポリエステルアミド、ポリエーテルエステル、ポリ塩化ビニル、シクロオレフィンポリマー、およびこれらを成分とする共重合体、またこれら樹脂の混合物などを用いることができ、特に制限されることはない。

本発明の光拡散デバイス２５を構成する光伝搬層２３は、上述の光拡散層２６と同様な透明樹脂で構成されることが望ましく、更には光拡散要素が含まれていないことがより望ましい。光伝搬層２３に、光拡散要素が含有されない場合、光拡散層２６によって偏向された光を効果的に拡げて伝搬することができるためである。

光伝搬層２３は、少なくとも２層以上の多層構造とすることができる。このとき、光拡散層２６側の層２３Ａの屈折率をｎ１、光偏向要素２８側の層２３Ｂの屈折率をｎ２としたとき、ｎ１≧ｎ２であることが望ましい。
こうすることで、光伝搬層２３内で効果的に光を拡げることができるためである。

本発明の光拡散デバイス２５は、光拡散層２６と光伝搬層２３と光偏向要素２８とを多層押出法により一体成形して形成することが製造工程上好ましい。
多層押出法を用いることにより、製造工程を簡略化・効率化することができるとともに、製造コストを下げることができる。
また本発明の光拡散デバイス２５を構成する光偏向要素２８は、光拡散粒子がほとんど存在しない光伝搬層２３の面上に形成されるため、賦形性の良い光偏向要素２８を得ることが出来る。

本発明の光拡散デバイス２５は、光拡散層２６と光伝搬層２３と光偏向要素とをそれぞれ別々に押出法、射出成形等により形成した後に、接着材又は粘着材により一体化して形成しても良い。
接着材、粘着材としては、ウレタン系、アクリル系、ゴム系、シリコーン系、ビニル系の樹脂等を用いることができる。また、粘着剤、接着剤には、１液型で押圧して接着するもの、熱や光で硬化させるものを用いることができ、２液、もしくは複数の液を混合して硬化させるものを用いることができる。
さらに、接着材、粘着材内にフィラーを分散してもよい。内部にフィラーを分散することで、接合層の弾性率を増加することが可能となる。

図１に示すように、本発明の実施形態であるディスプレイ装置７０は、画像表示素子３５とバックライトユニット５５とから構成されている。
画像表示素子３５は、２枚の偏光板（偏光フィルム）３１、３３と、その間に狭持された液晶パネル３２とからなる。液晶パネル３２は、たとえば、２枚のガラス基板の間に液晶層が充填されて構成されている。
バックライトユニット５５から出射された光Ｋは、偏光フィルター３３を介して液晶部３２に入射され、偏光フィルター３１を介して観察者側Ｆに出射される。

画像表示素子３５は、画素単位で光を透過／遮光して画像を表示する素子であることが好ましい。画素単位で光を透過／遮光して画像を表示するものであれば、光学シート５２により、観察者側Ｆへの輝度が向上され、光強度の視角度依存性が低減され、さらに、ランプイメージが低減された光を有効に利用して、画像品位の高い画像を表示させることができる。
画像表示素子３５は、液晶表示素子であることが好ましい。液晶表示素子は、画素単位で光を透過／遮光して画像を表示する代表的な素子であり、他の表示素子に比べて、画像品位を高くすることができるとともに、製造コストを低減することができる。

なお、本発明の実施形態であるバックライト５５には、本発明の光拡散デバイス２５の上に、拡散フィルム、マイクロレンズシート、プリズムシート、偏光分離反射シートなど光学フィルムが配置される。本発明の光拡散デバイス２５によって拡散された光が、上記光学フィルムによって、反射、透過、屈折、散乱されることで、光源４１のムラを消しながら、且つ観察者側Ｆに光を集光するため、輝度及び画像品位をより向上させることができる。

本発明の実施形態であるディスプレイ装置７０は、画素単位での透過／遮光に応じて表示画像を規定する画像表示素子３５で、先に記載のバックライトユニット５５により集光・拡散特性を向上させた光Ｋを利用する構成なので、観察者側Ｆの輝度を向上させ、光強度の視角方向の分布を滑らかにするとともに、ランプイメージを低減した画像を得ることができる。

本発明の実施形態であるディスプレイ装置７０は、画像表示素子３５が液晶表示素子であり、先に記載のバックライトユニット５５により集光・拡散特性を向上させた光Ｋを利用する構成なので、観察者側Ｆの輝度を向上させ、光強度の視角方向の分布を滑らかにするとともに、ランプイメージを低減した画像を得ることができる。
以下、本発明を実施例に基づいて詳細に説明する。尚、本発明はこれらの実施例のみに限定されるものではない。

光拡散層２６として、ポリスチレン樹脂内にシリコーン樹脂フィラーを分散させた光拡散層２６と、光伝搬層２３として、ポリスチレン樹脂とを多層押出成形法にて作製した。このとき、光拡散層２６の厚みを１００μｍ、全光線透過率を７５％、ヘイズ値を９０％とし、光伝搬層２３の厚みを１６００μｍ、拡散粒子は入れず、透明樹脂とした。
一方、光偏向要素２８として、図３（ｂ）に示されるような、頂角が９０度、単位レンズピッチが８０μｍのピラミッド形状の光偏向要素２８を、ポリカーボネート樹脂を用いて押出成形法にて、３００μｍの厚みのフィルム状に成形した。
（実施例１）
多層押出成形法にて成形した光拡散層２６及び光伝搬層２３の一体成形品の光伝搬層２３側に、押出成形法にて作製したピラミッドフィルムを粘着材を用いて、一体貼合することで光拡散デバイス２５が得られた。
（比較例１）
多層押出成形法にて成形した光拡散層２６及び光伝搬層２３の一体成形品の光拡散層２６側に、押出成形法にて作製したピラミッドフィルムを粘着材を用いて、一体貼合することで光拡散デバイス２５が得られた。
（比較例２）
多層押出成形法にて成形した光拡散層２６及び光伝搬層２３の一体成形品の光伝搬層２３側に、押出成形法にて作製したピラミッドフィルムを重ねて配置することで、光拡散デバイス２５が得られた。
（比較例３）
多層押出成形法にて成形した光拡散層２６及び光伝搬層２３の一体成形品の光拡散層２６側に、押出成形法にて作製したピラミッドフィルムを重ねて配置することで、光拡散デバイス２５が得られた。
（実施例２）
光拡散層２６として、ポリスチレン樹脂内にシリコーン樹脂フィラーを分散させた光拡散層２６と、光伝搬層２３として、ポリスチレン樹脂とを多層押出成形法にて作製した。このとき、光拡散層２６の厚みを１００μｍ、全光線透過率を７５％、ヘイズ値を９０％とし、光伝搬層２３の厚みを１９００μｍ、拡散粒子は入れず、透明樹脂とした。
多層押出成形をする際、光伝搬層２３側のロール金型の表面に凹凸形状を切削したロール金型を用いて、図４（ａ）に示されるような、頂角９０度の第１のレンズアレイ２８１と、頂角９０度の第２のレンズアレイ２８２とが、交差されるように配置された二次元光偏向要素２８が成形された光拡散デバイス２５が得られた。
（比較例４）
光拡散層２６として、ポリスチレン樹脂内にシリコーン樹脂フィラーを分散させた光拡散層２６と、光伝搬層２３として、ポリスチレン樹脂とを多層押出成形法にて作製した。このとき、光拡散層２６の厚みを１００μｍ、全光線透過率を７５％、ヘイズ値を９０％とし、光伝搬層２３の厚みを１９００μｍ、拡散粒子は入れず、透明樹脂とした。
多層押出成形をする際、光拡散層２６側のロール金型の表面に凹凸形状を切削したロール金型を用いて、図４（ａ）に示されるような、頂角９０度の第１のレンズアレイ２８１と、頂角９０度の第２のレンズアレイ２８２とが、交差されるように配置された二次元光偏向要素２８が成形された光拡散デバイス２５が得られた。
（比較例５）
光拡散層２６として、ポリスチレン樹脂内にシリコーン樹脂フィラーを分散させた光拡散層２６と、光伝搬層２３として、ポリスチレン樹脂とを多層押出成形法にて作製した。このとき、光拡散層２６の厚みを１９００μｍ、全光線透過率を５５％、ヘイズ値を９９％とし、光伝搬層２３の厚みを１００μｍ、拡散粒子は入れず、透明樹脂とした。
多層押出成形をする際、光伝搬層２３側のロール金型の表面に凹凸形状を切削したロール金型を用いて、図４（ａ）に示されるような、頂角９０度の第１のレンズアレイ２８１と、頂角９０度の第２のレンズアレイ２８２とが、交差されるように配置された二次元光偏向要素２８が成形された光拡散デバイス２５が得られた。

光源４１として、白色ＬＥＤ（青色ＬＥＤチップ＋ＹＡＧ蛍光体）を用い、白色拡散反射シート上に白色ＬＥＤを縦横３０ｍｍの間隔で正方配列をした光源ユニットを用意した。
この光源ユニットに上記実施例１〜２、及び比較例１〜５で得られた光拡散デバイス２５を、白色拡散反射シートから１５ｍｍの距離で配置した。
光拡散デバイス２５の上には、拡散シートを１枚、９０度プリズムシート（ＢＥＦＩＩＩ：３Ｍ社製）を縦方向と横方向クロスになるよう２枚配置し、更に偏向分離反射シート（ＤＢＥＦ−Ｄ：３Ｍ社製）を配置して、バックライトユニット５５が得られた。

このようにして得られたバックライトユニットを正面方向、及び斜め４５度方向から目視にて光源４１のムラが見えるかの評価を実施した。

実施例１の光拡散デバイス２５を配置したバックライトユニットは、正面からも斜めからも光源４１に起因したムラは確認されず、輝度が均一なバックライトユニットを得ることが出来た。

比較例１の光拡散デバイス２５を配置したバックライトユニットは、光源４１に起因した輝度のムラが視認された。光源４１から射出された光が光伝搬層２３にまず入射したため、ほとんど拡散されないまま光拡散層２６に入射、ここで拡散した光が十分に広がらずに光偏向要素２８に入射してしまったために、光源４１の直上付近に光が集中してしまったためである。

比較例２の光拡散デバイス２５を配置したバックライトユニットは、光源４１に起因した輝度のムラが視認された。光源４１から射出された光が光拡散層２６にまず入射し、拡散された光が光伝搬層２３にて拡げられたが、光偏向要素２８に入射する前に空気層との間で界面反射が生じてしまったためである。

比較例３の光拡散デバイス２５を配置したバックライトユニットは、光源４１に起因した輝度のムラが視認された。光源４１から射出された光が光伝搬層２３にまず入射したため、ほとんど拡散されないまま光拡散層２６に入射、ここで拡散した光のうち、大きく拡散された光が光偏向要素２８に入射する前に空気層との間で界面反射が生じてしまったためである。

実施例２の光拡散デバイス２５を配置したバックライトユニットは、正面からも斜めからも光源４１に起因したムラは確認されず、輝度が均一なバックライトユニットを得ることが出来た。

比較例４の光拡散デバイス２５を配置したバックライトユニットは、光源４１に起因した輝度のムラが視認された。光源４１から射出された光が光伝搬層２３にまず入射したため、ほとんど拡散されないまま光拡散層２６に入射、ここで拡散した光が十分に広がらずに光偏向要素２８に入射してしまったために、光源４１の直上付近に光が集中してしまったためである。

比較例５の光拡散デバイス２５を配置したバックライトユニットは、光源４１に起因した輝度のムラが視認された。光源４１から射出された光が光拡散層２６にまず入射したが、拡散フィラーが多いため、その大半の光が反射してしまい、拡散された光も光伝搬層２３が薄いために十分拡げられず、光源４１の直上付近に光が集中してしまったためである。

Ｈ、Ｋ…光、Ｍ…マイクロレンズの総面積、Ｓ…光伝搬層の射出面側の面積、ｎ１…光伝搬層の第１層の屈折率、ｎ２…光伝搬層の第２層の屈折率、Ｆ、…観察者側、５…光学フィルム、２３…光伝搬層、２３Ａ…光伝搬層の第１層、２３Ｂ…光伝搬層の第２層、２５…光拡散デバイス、２６…光拡散層、２８…光偏向要素、２８１…第１のレンズアレイ、２８２…第２のレンズアレイ、３１、３３…偏光板、３２…液晶パネル、３５…画像表示素子、４１…光源、４３…反射板（反射フィルム）、５５…バックライトユニット、７０…ディスプレイ装置

Claims (7)

1. 反射性を有する平面上に配置されてなる複数の光源と、該複数の光源に対し直接配置される光拡散デバイスを備えるバックライトユニットであって、
   該光拡散デバイスが、
   前記複数の光源からの入射光を拡散して射出する光拡散層と、
   前記光拡散層の光射出面側に配置されてなる光伝搬層と、
   前記光伝搬層の光射出面側に配置されてなる光偏向要素とを有し、
   前記光偏向要素が少なくとも１種以上の凹凸形状を有する光偏向要素であって、
   前記光偏向要素が二次元に偏向面を有し、
   前記光拡散層は、透明樹脂に光拡散領域が分散されてなり、全光線透過率が６０％〜９０％、ヘイズ値が５０％〜９５％であり、
   前記光伝搬層は、全光線透過率が８０％以上、ヘイズ値が０〜５０％であり、
   前記光伝搬層の厚みが、前記光拡散デバイスの厚みに対して、５０％〜９８％であり、
   前記光偏向要素は、一次元に配列された第１のレンズアレイと一次元に配列された第２のレンズアレイとからなり、前記第１のレンズアレイと前記第２のレンズアレイとが、略直交して配置されてなり、
   前記光偏向要素の前記第１レンズアレイが三角形状のプリズムであり、該プリズムが間隔をあけて配列されており、
   前記第２レンズアレイが三角形状のプリズムであり、前記第１レンズアレイのプリズムの間に配列されている
   ことを特徴とするバックライトユニット。
2. 前記三角形状のプリズムからなる前記第１レンズアレイの高さが、前記第１レンズアレイのプリズムの間に配列され、前記三角形状のプリズムからなる前記第２レンズの高さよりも大きいことを特徴とする請求項１に記載のバックライトユニット。
3. 反射性を有する平面上に配置されてなる複数の光源と、該複数の光源に対し直接配置される光拡散デバイスを備えるバックライトユニットであって、
   該光拡散デバイスが、
   前記複数の光源からの入射光を拡散して射出する光拡散層と、
   前記光拡散層の光射出面側に配置されてなる光伝搬層と、
   前記光伝搬層の光射出面側に配置されてなる光偏向要素とを有し、
   前記光偏向要素が少なくとも１種以上の凹凸形状を有する光偏向要素であって、
   前記光偏向要素が二次元に偏向面を有し、
   前記光拡散層は、透明樹脂に光拡散領域が分散されてなり、全光線透過率が６０％〜９０％、ヘイズ値が５０％〜９５％であり、
   前記光伝搬層は、全光線透過率が８０％以上、ヘイズ値が０〜５０％であり、
   前記光伝搬層の厚みが、前記光拡散デバイスの厚みに対して、５０％〜９８％であり、
   前記光偏向要素は、一次元に配列された第１のレンズアレイと一次元に配列された第２のレンズアレイとからなり、前記第１のレンズアレイと前記第２のレンズアレイとが、略直交して配置されてなり、
   前記光偏向要素の前記第１レンズアレイが台形形状のプリズムであり、
   前記第２レンズアレイが三角形状のプリズムであり、前記第１レンズアレイの台形形状の頂部に配列されており、
   前記光偏向要素の前記第１レンズアレイの台形形状のプリズムの高さが、前記第１レンズアレイの台形形状の頂部に配列されている前記三角形状のプリズムからなる前記第２レンズアレイの高さよりも大きい
   ことを特徴とするバックライトユニット。
4. 前記光拡散層の入射面が凹凸形状を有しており、
   その表面粗さＲａが５μｍ以上１００μｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のバックライトユニット。
5. さらに、少なくとも１種以上の光学部材を備えることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のバックライトユニット。
6. 前記光源が点光源であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のバックライトユニット。
7. 画素単位で光を透過／遮光して画像を表示する画像表示素子と、請求項１乃至６のいずれか１項に記載のバックライトユニットと、を備えることを特徴とするディスプレイ装置。
   

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