JP2006179475A - 面光源装置及びこれを備えた液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】照明対象である液晶表示パネルの広視野角化が可能な面光源装置及びこれを備えた液晶表示装置を提供することを目的とする。
【解決手段】 面光源装置は、光源２２と、光源２２から放射された放射光が入射する入射面２１ａ及びこの入射面２１ａから入射した入射光が出射する互いに対向した第1主面２１ｂ及び第２主面２１ｄを備えた導光体２１と、導光体２１の第２主面２１ｄ側に配置された反射層２５と、導光体２１の第１主面２１ｂ側に配置され複数の拡散シート２６Ａ及び２６Ｂを積層することによって構成された拡散層２６と、拡散層２６上に配置されたレンズ層２７と、を備えたことを特徴とする。
【選択図】 図２

Description

この発明は、面光源装置及びこれを備えた液晶表示装置に係り、特に、液晶表示パネルを照明する面光源装置及びこれを備えた液晶表示装置に関する。

液晶表示装置は、軽量、薄型、低消費電力などの特徴を生かして、パーソナルコンピュータやテレビなどのＯＡ機器などの表示装置として各種分野で利用されている。近年では、液晶表示装置は、携帯電話などの携帯端末機器の表示装置としても利用されている。このような液晶表示装置は、例えば、透過型の液晶表示パネル及びこの液晶表示パネルを背面側から照明するバックライト装置を備えている。

このような構成の液晶表示装置においては、バックライト装置から放射される放射光の利用効率を改善することにより、液晶表示装置によって表示される画像の輝度を向上することが可能である。例えば、プリズムを有した輝度強化フィルム（例えば、スリーエム（株）製のＢＥＦ）を適用したバックライトシステムやディスプレイ装置が提案されている（例えば、特許文献１及び特許文献２参照。）。
特開平１１−１６７８０９号公報 特表平１０−５１０３７１号公報

上述した輝度強化フィルムを適用した液晶表示装置においては、液晶表示パネルの法線方向の輝度を向上することは可能であるが、法線方向とは異なる視角方向での輝度を十分に向上することができない。つまり、高輝度な画像を表示可能な視野角が狭い。

この発明は、上述した問題点に鑑みなされたものであって、その目的は、照明対象である液晶表示パネルの広視野角化が可能な面光源装置及びこの面光源装置を備えた液晶表示装置を提供することにある。

この発明の第１の態様による面光源装置は、
光源と、
前記光源から放射された放射光が入射する入射面、及び、入射面から入射した入射光が出射する互いに対向した第1主面及び第２主面を備えた導光体と、
前記導光体の第２主面側に配置され、光反射性を有する反射層と、
前記導光体の第１主面側に配置され、光拡散性を有する複数の拡散シートを積層することによって構成された拡散層と、
前記拡散層上に配置されたレンズ層と、
を備えたことを特徴とする。

この発明の第２の態様による液晶表示装置は、
複数の表示画素が配置された有効表示部を備えた液晶表示パネルと、
前記液晶表示パネルを照明する面光源装置と、を備えた液晶表示装置であって、
前記面光源装置は、光源と、
前記光源から放射された放射光が入射する入射面、及び、入射面から入射した入射光が出射する互いに対向した第1主面及び第２主面を備えた導光体と、
前記導光体の第２主面側に配置され、光反射性を有する反射層と、
前記導光体の第１主面側に配置され、光拡散性を有する複数の拡散シートを積層することによって構成された拡散層と、
前記拡散層上に配置されたレンズ層と、
を備えたことを特徴とする。

この発明によれば、照明対象である液晶表示パネルの広視野角化が可能な面光源装置及びこの面光源装置を備えた液晶表示装置を提供することができる。

以下、この発明の一実施の形態に係る面光源装置及びこれを備えた液晶表示装置について図面を参照して説明する。ここでは、面光源装置たとえばバックライトユニットからのバックライト光を選択的に透過して画像を表示する透過型液晶表示装置について説明する。

すなわち、図１に示すように、液晶表示装置１は、略矩形平板状の透過型の液晶表示パネル２と、この液晶表示パネル２を照明するバックライトユニット１５と、を備えている。この液晶表示パネル２は、一対の基板間に液晶層を保持することによって構成されている。すなわち、液晶表示パネル２は、略矩形状のアレイ基板３及び対向基板４と、これらの一対の基板間に封入された光変調層として機能する液晶層５と、を備えている。アレイ基板３と対向基板４とは、シール材を介して貼り合わせられている。この液晶表示パネル２は、画像を表示する有効表示部６を備えている。

この有効表示部６は、マトリクス状に配置された複数の表示画素ＰＸによって構成されている。すなわち、有効表示部６は、第１方向に並んで一列に配列された表示画素ＰＸからなる画素行ＰＬを有するとともに、第１方向に直交する第２方向に並んで一列に配列された表示画素ＰＸからなる画素列ＰＣを有している。

アレイ基板３は、有効表示部６において、複数の走査線Ｙ（１、２、３、…、ｍ）と、複数の信号線Ｘ（１、２、３、…、ｎ）と、表示画素ＰＸ毎に配置されたスイッチング素子７、各スイッチング素子７に接続された画素電極８などを備えている。

各走査線Ｙは、表示画素ＰＸの行方向すなわち第１方向と平行な方向に沿って延在している。各信号線Ｘは、各走査線Ｙに互いに交差するように、表示画素ＰＸの列方向すなわち第２方向と平行な方向に沿って延在している。各スイッチング素子７は、走査線Ｙと信号線Ｘとの交差部近傍に配置されている。

このスイッチング素子７は、例えば、アモルファスシリコン膜またはポリシリコン膜によって形成された半導体層を備えた薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）などで構成されている。このスイッチング素子７のゲート電極７Ｇは、対応する走査線Ｙに電気的に接続されている（あるいは走査線と一体に形成されている）。スイッチング素子７のソース電極７Ｓは、対応する信号線Ｘに電気的に接続されている（あるいは信号線と一体に形成されている）。スイッチング素子７のドレイン電極７Ｄは、対応する表示画素ＰＸの画素電極８に電気的に接続されている。

対向基板４は、有効表示部６において、複数の表示画素ＰＸに共通の対向電極９などを備えている。画素電極８及び対向電極９は、インジウム・ティン・オキサイド（ＩＴＯ）やインジウム・ジンク・オキサイド（ＩＺＯ）などの光透過性を有する導電材料によって形成されている。これらのアレイ基板３及び対向基板４は、画素電極８と対向電極９とを対向させた状態で配設され、これらの間にギャップを形成する。液晶層５は、アレイ基板３と対向基板４とのギャップに封止された液晶組成物によって形成されている。

また、液晶表示パネル２において、アレイ基板３の外面及び対向基板４の外面には、それぞれ液晶層５の特性に合わせて偏光方向を設定した一対の偏光板ＰＬ１及びＰＬ２が設けられている。

カラー表示タイプの液晶表示装置では、液晶表示パネル２は、複数種類の表示画素、例えば赤（Ｒ）を表示する赤色画素、緑（Ｇ）を表示する緑色画素、青（Ｂ）を表示する青色画素を有している。すなわち、赤色画素は、赤色の主波長の光を透過する赤色カラーフィルタを備えている。緑色画素は、緑色の主波長の光を透過する緑色カラーフィルタを備えている。青色画素は、青色の主波長の光を透過する青色カラーフィルタを備えている。これらカラーフィルタは、アレイ基板３または対向基板４の主面に配置される。

また、液晶表示装置は、矩形枠状のベゼルカバー１１を備えている場合もある。ベゼルカバー１１を備える場合、このベゼルカバー１１は、液晶表示パネル２の有効表示部６を露出させる矩形状の窓部１１Ａ、及び、窓部１１Ａを規定する枠状の本体部１１Ｂを備えている。上述したような構成の液晶表示パネル２は、バックライトユニット１５とベゼルカバー１１との間に挟持されている。すなわち、バックライトユニット１５は、その表面を液晶表示パネル２の背面側（アレイ基板側）に対向させた状態で、液晶表示パネル２とともにベゼルカバー１１と一体化されており、液晶表示パネル２を背面側から照明する。なお、バックライトユニット１５と液晶表示パネル２とが両面テープなどで固定される場合などは、ベゼルカバー１１は必ずしも必要ではない。

さらに、液晶表示装置は、液晶表示パネル２に駆動信号を供給するドライバ回路１２を備えている。このドライバ回路１２は、細長い矩形平板状に形成され、フレキシブルなプリント配線基板１３を介して液晶表示パネル２における一側縁に電気的に接続されている。このドライバ回路１２は、プリント配線基板１３を湾曲させることにより、バックライトユニット１５の裏面側に配置される。

図２及び図３に示すように、バックライトユニット１５は、光源部２０、導光体２１などを備えている。光源部２０は、光源として、例えば点光源２２を備えている。点光源２２は、白色発光ダイオードによって構成されている。この白色発光ダイオードは、赤色発光ダイオード、緑色発光ダイオード、及び、青色発光ダイオードを組み合わせて１パッケージに収容して構成したものや、青色発光ダイオードや紫外発光ダイオードと蛍光体との組み合わせによって構成したものなどが適用可能である。このような白色発光ダイオードから放射される放射光は、主放射方向に向けて放射される。なお、この放射光は、主放射方向を中心として所定の発散角で発散する成分を含むこともある。ここでは、主放射方向とは、発光ダイオード２２から放射された放射光の強度が最も高い方位に相当する。

この実施の形態では、光源部２０は、複数の発光ダイオード２２を備えている。また、この光源部２０は、複数の発光ダイオード２２を所定位置に位置決めした状態で支持する支持基板や、これら複数の発光ダイオード２２を駆動するための駆動回路などを備えている。

導光体２１は、発光ダイオード２２から放射された放射光を面状光に変換して出射する。すなわち、この導光体２１は、光透過性を有するアクリル系樹脂やポリカーボネート系樹脂などの樹脂材料により形成されている。導光体２１は、その一端に肉薄部を有するとともに肉薄部に対向する他端に肉厚部を有する楔型のものや、全体に亘って略均一な厚さを有する平板型のものなどがあるが、この実施の形態では、平板型のものを採用している。ここで、導光体２１の厚さとは、第１主面２１ｂの法線方向に沿った高さに相当する。この導光体２１は、液晶表示パネル２側に面した略矩形状の第１主面２１ｂと、この第１主面２１ｂに対向した略矩形状の第２主面２１ｄと、これら第１主面２１ｂと第２主面２１ｄとを接続する略矩形状の第１側面２１ａ及び第２側面２１ｃと、を有している。

この実施の形態では、光源部２０は、導光体２１の短辺２１Ｓに沿って配置されている。すなわち、発光ダイオード２２は、導光体２１の短辺２１Ｓに沿った第１側面２１ａに対向するように配置されている。つまり、導光体の第１側面２１ａは、発光ダイオード２２からの放射光が入射する光入射面に相当する。このとき、発光ダイオード２２は、その主放射方向Ｄが第１側面２１ａの法線方向と略平行となるように配置されている（例えば、発光ダイオード２２の出射面と第１側面２１ａとが略平行となるように互いの位置関係が設定される）。これにより、発光ダイオード２２から放射される放射光のほとんどは、入射面２１ａに直接入射する。

このような構成の導光体２１は、第１側面２１ａを介して入射した発光ダイオード２２からの放射光を伝搬した後に、第１主面２１ｂ及び第２主面２１ｄから出射可能である。つまり、導光体２１の第１主面２１ｂ及び第２主面２１ｄは、導光体２１の内部に入射した入射光が出射する出射面に相当する。

また、バックライトユニット１５は、導光体２１から出射した出射光に対して所定の光学特性を付与する複数の光学機能層を備えている。すなわち、バックライトユニット１５は、導光体２１の第２主面２１ｄ側に配置された第１光学機能層２５を備えている。この第１光学機能層２５は、導光体２１の内部から第２主面２１ｄを介して外部へ漏れ出た光を導光体２１の第１主面２１ｂ側に向けて反射する機能を有した反射層である。この実施の形態では、第１光学機能層２５は、導光体２１の第２主面２１ｄと対向する面に光反射性を有する反射層を備えた反射シートによって構成されている。この第１光学機能層２５は、第２主面２１ｄと略同等のサイズを有する略矩形状に形成されている。

また、バックライトユニット１５は、導光体２１の第１主面２１ｂ側に配置された第２光学機能層２６を備えている。この第２光学機能層２６は、導光体２１の内部から第１主面２１ｂを介して出射した出射光を拡散する機能を有した拡散層である。この実施の形態では、第２光学機能層２６は、導光体２１の第１主面２１ｂと対向する面に光拡散性を有する複数例えば２枚の拡散シート２６Ａ及び２６Ｂを積層することによって構成されている。この第２光学機能層２６は、第１主面２１ｂと略同等のサイズを有する略矩形状に形成されている。なお、これらの拡散シート２６Ａ及び２６Ｂは、それぞれ独立したシート体であり、積層した際に、これらの間に空気層が介在することになる。

さらに、バックライトユニット１５は、第２光学機能層２６上に配置された第３光学機能層２７を備えている。この第３光学機能層２７は、第２光学機能層２６を透過した拡散光を集光する機能を有したレンズ層である。この実施の形態では、第３光学機能層２７は、図４に示すように、第２光学機能層２６と対向する面またはこの面とは反対側の面にプリズム面２７Ｓを有するレンズシートによって構成されている。この第３光学機能層２７は、第２光学機能層２６と略同等のサイズを有する略矩形状に形成されている。

この第３光学機能層２７のプリズム面２７Ｓは、複数のプリズム形状２７ｐを並列することによって形成されている。すなわち、各プリズム形状２７ｐは、第１方向Ａに延在し、第１方向Ａに沿って頂角２７ｘを有している。この頂角２７ｘは、プリズム形状２７ｐを形成する２つの平面２７ｐ１及び２７ｐ２の交線に相当する。これらのプリズム形状２７ｐは、第１方向Ａに直交する第２方向Ｂに並んで配列されている。

これらの光源部２０、導光体２１、第１光学機能層２５、第２光学機能層２６、第３光学機能層２７などの光学要素は、略矩形枠状の保持フレーム３０に収容されて保持されている。保持フレーム３０は、樹脂などによって形成されている。この保持フレーム３０は、上述した光学要素を収容可能な凹所３０Ａを備えている。

上述したような構成の液晶表示装置は、以下のように動作する。すなわち、光源部２０の発光ダイオード２２に電気エネルギを供給して、発光ダイオード２２を発光させる。これらの発光ダイオード２２から放射された主な放射光は、導光体２１の第１側面２１ａから入射する。第１側面２１ａから入射した入射光は、導光体２１の内部を伝搬して、導光体２１の第１主面２１ｂ及び第２主面２１ｄに向けて屈折または反射される。導光体２１の第２主面２１ｄから出射した出射光は、第１光学機能層２５により再び導光体２１の内部に向けて反射され、再び導光体２１の内部に入射する。

導光体２１の内部を伝搬した光は、導光体２１の第１主面２１ｂから出射される。第１主面２１ｂから出射された出射光は、第２光学機能層２６に入射し、第２光学機能層２６を通過する際に適度に拡散される。第２光学機能層２６を通過した拡散光は、第３光学機能層２７に入射する。この入射光は、第３光学機能層２７を通過する際に適度に集光される。これにより、導光体２１の第１主面２１ｂから出射された出射光の輝度が向上され、しかも、均一化される。

バックライトユニット１５からの照明光、すなわち第３光学機能層２７を通過した光は、液晶表示パネル２の裏面側に導出される。液晶表示パネル２に導出された照明光は、液晶表示パネル２の有効表示部６を選択的に透過する。つまり、有効表示部６では、表示画素ＰＸ毎に導かれた照明光の透過・非透過が選択的に制御される。これにより、液晶表示パネル２の有効表示部６に画像が表示される。

上述したように、バックライトユニット１５においては、高輝度化及び均一化を図るために、拡散性を有する拡散シート及び集光性を有するレンズシートを備えている。このような構成により、法線方向での輝度を向上することは可能であるが、さらに、法線方向とは異なる視角方向での輝度を十分に向上するすなわち広視野角化を可能とするためには、複数の拡散シートを積層することによって構成した第２光学機能層を適用することが効果的である。

いま、図２に示すように、光源部２０における発光ダイオード２２の配列方向すなわち光入射面として機能する第１側面２１ａの延在方向を水平方向Ｈとし、発光ダイオード２２の主放射方向Ｄすなわち第１側面２１ａの法線方向を垂直方向Ｖとし、これらが直交するものとする。

ここで、第２光学機能層２６の構成が異なる複数種類のバックライトユニット１５について、それぞれ法線方向を中心とした各視角（ｄｅｇ．）での輝度（ｃｄ／ｍ^２）を測定した。バックライトユニットＡは、１枚の拡散シートで構成した第２光学機能層２６を備えている。バックライトユニットＢは、２枚の拡散シートを積層して構成した第２光学機能層２６を備えている。バックライトユニットＣは、３枚の拡散シートを積層して構成した第２光学機能層２６を備えている。これらの輝度の測定は、輝度計を用いて行った。なお、他の光学要素については、すべて同一条件とし、第３光学機能層２７を構成するレンズ層はＢＥＦ（スリーエム（株）製）を用いた。

図５は水平方向Ｈでの輝度の視野角分布の測定結果を示す図であり、図６は垂直方向Ｖでの輝度の視野角分布の測定結果を示す図である。図５及び図６を参照して明らかなように、２枚の拡散シートを積層した構成の第２光学機能層を適用した場合（Ｂ）及び３枚の拡散シートを積層した構成の第２光学機能層を適用した場合（Ｃ）について、１枚の拡散シートのみで構成した第２光学機能層を適用した場合（Ａ）より法線方向（０°）で高い輝度が得られるとともに、広い視野角の範囲において高い輝度が得られた。

例えば、図６に示した垂直方向での視野角分布においては、法線方向の輝度は、（Ｂ）の場合が１９２４ｃｄ／ｍ^２であり、（Ｃ）の場合が（Ｂ）の場合と略同等の１９３２ｃｄ／ｍ^２となった（（Ｂ）の場合に対する相対輝度１．００）のに対し、（Ａ）の場合がの１７８７ｃｄ／ｍ^２となった（（Ｂ）の場合に対する相対輝度は０．９３となる）。すなわち、複数枚の拡散シートを積層することにより、バックライトユニット１５の法線方向での輝度が約１０％向上した。また、（Ｂ）及び（Ｃ）の場合には、法線方向に対して３０°程度倒れた視角方向においても、急激な輝度の低下は見られず、０°±３０°の範囲では、（Ａ）の場合より概ね高い輝度が得られた。

つまり、複数の拡散シートを積層して構成した第２光学機能層２６を備えたバックライトユニットによれば、１枚の拡散シートからなる場合と比較して、高輝度化とともに広視野角化が可能となることが確認できた。

なお、第２光学機能層２６を２枚の拡散シートで構成した場合（Ｂ）と、３枚の拡散シートで構成した場合（Ｃ）とで輝度の測定結果を比較したところ概ね同等の特性が得られていることが確認できた。つまり、拡散シートを複数枚積層することによって法線方向を中心として広い範囲で輝度を向上することが可能であるが、積層する枚数を増やしたとしても更なる輝度の向上は見込めず、むしろ、コストの増大、及び、装置全体の厚みを増す結果となってしまう。このため、第２光学機能層２６を構成する拡散シートの枚数は、２枚であることが望ましく、これにより、高輝度化及び広視野角化を可能としつつ、低コスト化及び薄型化を実現することが可能となる。

発明者らは、上述したような結果が得られることについて、さらなる考察を行った。図７Ａは、１枚の拡散シートで構成した第２光学機能層２６を備えたバックライトユニット（Ａ）の垂直方向Ｖについての輝度の視野角分布の測定結果である。ここでは、レンズ層として機能する第３光学機能層２７を備えていない場合（Ａ１）と、第３光学機能層２７を備えている場合（Ａ２）とを比較している。

この図７Ａに示した測定結果から明らかなように、導光体２１の出射面２１ｂ側に第２光学機能層２６のみしか配置してない場合（Ａ１）、法線に対して４３°付近の視角方位に輝度のピークが存在する。つまり、図７Ｂに示すように、導光体２１から出射した出射光のうち、１枚の拡散シートを通過した光は、主に４３°付近の視角方位に導かれる。

これに対して、導光体２１の出射面２１ｂ側に第２光学機能層２６及び第３光学機能層２７を配置した場合（Ａ２）、法線に対して２５°付近の視角方位に輝度のピークが存在する。つまり、図７Ｂに示すように、第３光学機能層２７に対して主に４３°の入射角で入射した光は、第３光学機能層２７を通過した際に、主に２５°付近の視角方位に導かれる。

このように、第２光学機能層２６を１枚の拡散シートで構成した場合、高輝度の視野角範囲が狭く、しかも輝度ピークが法線方向より大きくずれている（つまり、法線方向での輝度を十分に向上することができない）。しかも、（Ａ２）の場合の２５°付近でのピーク輝度は、Ａ１の場合の４３°付近でのピーク輝度より低下してしまい、レンズ層（第３光学機能層２７）の効果が十分に発揮されていない。

図８Ａは、２枚の拡散シートで第２光学機能層２６を構成したバックライトユニット（Ｂ）の垂直方向Ｖについての輝度の視野角分布の測定結果である。ここでは、レンズ層として機能する第３光学機能層２７を備えていない場合（Ｂ１）と、第３光学機能層２７を備えている場合（Ｂ２）とを比較している。

この図８Ａに示した測定結果から明らかなように、導光体２１の出射面２１ｂ側に第２光学機能層２６のみしか配置してない場合（Ｂ１）、法線に対して３０°付近の視角方位に輝度のピークが存在する。つまり、図８Ｂに示すように、導光体２１から出射した出射光のうち、拡散シート２６Ａを通過した光は、主に４３°付近の視角方位に導かれ、さらに、拡散シート２６Ｂを通過した光は、主に３０°付近の視角方位に導かれる。つまり、第２光学機能層２６を通過する光は、拡散シート２６Ａと２６Ｂとの間に介在する空気層の屈折率の影響を受け、より法線方向に近い視角方位に導かれ易くなる。この結果、２枚の拡散シートで第２光学機能層を構成した場合、１枚の拡散シートで第２光学機能層を構成した場合と比較して、より法線方向に近い視角方位に輝度のピークをシフトさせることが可能となる。

また、導光体２１の出射面２１ｂ側に第２光学機能層２６及び第３光学機能層２７を配置した場合（Ｂ２）、法線に対して１８°付近の視角方位に輝度のピークが存在する。つまり、図８Ｂに示すように、第３光学機能層２７に対して主に３０°の入射角で入射した光は、第３光学機能層２７を通過した際に、主に１８°付近の視角方位に導かれる。

このように、第２光学機能層２６を２枚の拡散シートで構成した場合、光学機能層２６を１枚の拡散シートで構成した場合と比較して、高輝度の視野角範囲が拡大し、しかも輝度ピークが法線方向に近い視角方位にシフトしている。しかも、Ｂ２の場合の１８°付近でのピーク輝度は、Ｂ１の場合の３０°付近でのピーク輝度より向上しているとともに、Ｂ２の場合の高輝度の視野角範囲がＢ１の場合よりさらに拡大している。つまり、レンズ層（第３光学機能層２７）に入射する光の主入射角を最適化することができ、レンズ層としての効果を十分に発揮することができている。

図９Ａは、３枚の拡散シートで第２光学機能層２６を構成したバックライトユニット（Ｃ）の垂直方向Ｖについての輝度の視野角分布の測定結果である。ここでは、レンズ層として機能する第３光学機能層２７を備えていない場合（Ｃ１）と、第３光学機能層２７を備えている場合（Ｃ２）とを比較している。

この図９Ａに示した測定結果から明らかなように、導光体２１の出射面２１ｂ側に第２光学機能層２６のみしか配置してない場合（Ｃ１）、法線に対して１５°付近の視角方位に輝度のピークが存在する。つまり、図９Ｂに示すように、導光体２１から出射した出射光のうち、拡散シート２６Ａを通過した光は主に４３°付近の視角方位に導かれ、拡散シート２６Ｂを通過した光は主に３０°付近の視角方位に導かれ、さらに、拡散シート２６Ｃを通過した光は主に１５°付近の視角方位に導かれる。

また、導光体２１の出射面２１ｂ側に第２光学機能層２６及び第３光学機能層２７を配置した場合（Ｃ２）、法線に対して７°付近の視角方位に輝度のピークが存在する。つまり、図９Ｂに示すように、第３光学機能層２７に対して主に１５°の入射角で入射した光は、第３光学機能層２７を通過した際に、主に７°付近の視角方位に導かれる。

このように、第２光学機能層２６を３枚の拡散シートで構成した場合、光学機能層２６を１枚の拡散シートで構成した場合と比較して、高輝度の視野角範囲が拡大し、しかも輝度ピークがさらに法線方向側にシフトしている。しかも、Ｃ２の場合の７°付近でのピーク輝度は、Ｃ１の場合の１５°付近でのピーク輝度より向上しているとともに、Ｃ２の場合の高輝度の視野角範囲がＣ１の場合よりさらに拡大している。つまり、レンズ層（第３光学機能層２７）に入射する光の主入射角を最適化することができ、レンズ層としての効果を十分に発揮することができている。

以上の結果から、高輝度化及び広視野角化を実現するためには、レンズ層に入射する主入射角を最適化する必要があることがわかる。すなわち、１枚の拡散シートのみの構成では、Ａ１の結果から明らかなように高輝度の視野角範囲が狭く、しかもピーク輝度の視角方位がレンズ層の最適な入射角に対応しない。このため、このような構成にレンズ層を付加してもＡ２の結果から明らかなように輝度は低下してしまう。

これに対して、複数の拡散シートを積層した構成では、それらの組み合わせによってピーク輝度の視角方位を制御することができ、レンズ層の最適な入射角に対応させることができる。このため、複数の拡散シートを積層した第２光学機能層２６とレンズ層として機能する第３光学機能層２７とを組み合わせることにより、高輝度化が可能となるとともに高輝度の視野角範囲を拡大することが可能となる。第３光学機能層２７へ入射する光の主入射角の最適化条件としては、上述したような結果に基づき、約１５°乃至３０°の範囲に設定することが望ましい。

なお、上述した第２光学機能層２６を構成する拡散シート２６Ａ、２６Ｂ、２６Ｃは、レンズ層への光の主入射角を制御するために、それぞれ所望の拡散性を有することが望ましい。ここで、拡散性の度合いは、以下、ヘイズ値として示す。

図１０に示すように、ヘイズ値が８９．３％の拡散性を有する２枚の拡散シート２６Ａ及び２６Ｂを積層することによって構成したバックライトユニット１５によれば、法線方向の輝度が２１４０ｃｄ／ｍ^２であり、十分に高い輝度が得られた。同様に、ヘイズ値が８７．５％の拡散性を有する２枚の拡散シート２６Ａ及び２６Ｂを積層することによって構成したバックライトユニット１５によれば、法線方向の輝度が２１４５ｃｄ／ｍ^２であり、十分に高い輝度が得られた。また、同様に、ヘイズ値が７８．５％の拡散性を有する２枚の拡散シート２６Ａ及び２６Ｂを積層することによって構成したバックライトユニット１５によれば、法線方向の輝度が２１４８ｃｄ／ｍ^２であり、十分に高い輝度が得られた。

これらの結果に基づき、バックライトユニット１５においては、製造誤差（±４％）を含めた場合のヘイズ値を７４％以上９３％以下、望ましくはヘイズ値が７８％以上９０％以下、またさらに望ましくは７８．５％以上８９．３％以下である複数の拡散シートを組み合わせて積層した構成を採用することがより望ましく、これにより、高輝度化及び広視野角化をさらに容易に実現することが可能となる。

ところで、レンズ層を備えたバックライトユニットの輝度は、レンズ層のプリズム形状が延在する延在方向と光源から放射される放射光の主放射方向との成す角度にも依存する。すなわち、第２光学機能層２６上に第３光学機能層２７を配置する際に、バックライトユニット１５の主面内（図２に示した水平方向Ｈと垂直方向Ｖとで規定される面内）において、プリズム形状の延在方向（図４における第１方向Ａ）と、光源としての発光ダイオード２２の主放射方向（図２における矢印Ｄ）との成す角度をθ（ｄｅｇ．）とする。このとき、２枚の拡散シートを積層することによって構成したバックライトユニット１５の輝度は、例えば、図１１に示したように、θに依存して変化する。

このような結果に基づき、バックライトユニット１５においては、成す角度θが９０°付近となるようにレンズ層を配置することが望ましく、これにより、高輝度化及び広視野角化をさらに容易に実現することが可能となる。

ここで、図１１において、Ｌ１は第１光学機能層２５としてポリエステル系樹脂を用いた多層膜構造のＥＳＲ（スリーエム（株））を適用した場合の輝度分布であり、Ｌ２は第１光学機能層２５として銀を蒸着して反射面を形成した３７Ｗ０１（（株）麗光）を適用した場合の輝度分布である。この３７Ｗ０１は、ＥＳＲと比較して安価である半面、図１１に示したように、ＥＳＲよりも反射率が低く、得られる輝度もＥＳＲと比較して５％ほど低いことが確認された。

しかしながら、３７Ｗ０１を適用した場合であっても、レンズ層におけるプリズム形状が延在する方向と光源の主放射方向との成す角度θを最適化することにより、３７Ｗ０１を適用したことによる輝度低下分を補償することができ、ＥＳＲを適用した場合と同等の輝度が得られることも確認された。すなわち、図１１に示した結果から明らかなように、成す角度θが９０°±４０°の範囲では、ＥＳＲを適用した場合と同等の輝度（ここでは約２０００ｃｄ／ｍ^２以上の輝度）が得られることが確認できた。

このような結果に基づき、バックライトユニット１５においては、成す角度θが９０°±４０°となるようにレンズ層を配置することが望ましく、これにより、高輝度化及び広視野角化のみならず、低コスト化を実現することが可能となる。

上述したようなバックライトユニット１５を液晶表示パネル２と組み合わせる場合、プリズム形状の延在方向と、有効表示部６に配置された表示画素ＰＸからなる画素行ＰＬ及び画素列ＰＣとが平行となるように配置すると、表示画面にモアレを生ずるおそれがあるため、延在方向と画素行ＰＬ及び画素列ＰＣとは非平行であることが望ましい。

これにより、バックライトユニットにおける上述したような効果に加えて、表示品位の良好な液晶表示装置を提供することが可能となる。

なお、この発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、その実施の段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。

例えば、上述した実施の形態では、面光源装置の光源として発光ダイオードを適用した場合を例に説明したが、冷陰極管などの細長い管状光源を適用しても良い。この場合、管状光源は、導光体２１の第１側面２１ａに対して略平行に対向するように配置される。このような管状光源から放射される放射光の主放射方向とは、管状光源の延出方向に直交する方向である。

また、上述した実施の形態では、面光源装置は、バックライトユニットとして構成したが、フロントライトユニットとして構成しても良い。このように、フロントライトユニットとして構成した面光源装置を備えた液晶表示装置においては、液晶表示パネルは、光反射性を有する画素電極を備えて構成される。つまり、この実施の形態に係る液晶表示装置は、フロントライトユニットからの出射光を選択的に反射して画像を表示する反射型液晶表示装置として構成されても良い。

図１は、この発明の一実施の形態に係る液晶表示装置の構造を概略的に示す分解斜視図である。 図２は、図１に示した液晶表示装置に搭載されるバックライトユニットの構造を概略的に示す分解斜視図である。 図３は、図１に示した液晶表示装置の構造を概略的に示す断面図である。 図４は、図２に示したバックライトユニットに適用されるレンズ層の形状例を概略的に示す図である。 図５は、図１に示した液晶表示装置に適用可能なバックライトユニットにおける水平方向での輝度の視野角分布を示す測定結果である。 図６は、図１に示した液晶表示装置に適用可能なバックライトユニットにおける垂直方向での輝度の視野角分布を示す測定結果である。 図７Ａは、１枚の拡散シートで第２光学機能層を構成したバックライトユニットにおける垂直方向での輝度の視野角分布を示す測定結果である。 図７Ｂは、１枚の拡散シートで第２光学機能層を構成したバックライトユニットにおける拡散シート及びレンズ層での輝度ピーク方位を説明するための図である。 図８Ａは、２枚の拡散シートで第２光学機能層を構成したバックライトユニットにおける垂直方向での輝度の視野角分布を示す測定結果である。 図８Ｂは、２枚の拡散シートで第２光学機能層を構成したバックライトユニットにおける拡散シート及びレンズ層での輝度ピーク方位を説明するための図である。 図９Ａは、３枚の拡散シートで第２光学機能層を構成したバックライトユニットにおける垂直方向での輝度の視野角分布を示す測定結果である。 図９Ｂは、３枚の拡散シートで第２光学機能層を構成したバックライトユニットにおける拡散シート及びレンズ層での輝度ピーク方位を説明するための図である。 図１０は、拡散シートのヘイズ値の最適な範囲を説明するための測定結果の一例を示す図である。 図１１は、プリズム形状の延在方向と光源の主放射方向との成す角度の最適な範囲を説明するための測定結果の一例を示す図である。

符号の説明

１…液晶表示装置、２…液晶表示パネル、１５…バックライト（面光源装置）、２０…光源部、２１…導光体、２１ａ…第１側面、２１ｂ…第１主面、２１ｃ…第２側面、２１ｄ…第２主面、２２…発光ダイオード（光源）、２５…第１光学機能層（反射層）、２６…第２光学機能層（拡散層）、２７…第３光学機能層（レンズ層）、３０…保持フレーム

Claims (9)

1. 光源と、
   前記光源から放射された放射光が入射する入射面、及び、入射面から入射した入射光が出射する互いに対向した第1主面及び第２主面を備えた導光体と、
   前記導光体の第２主面側に配置され、光反射性を有する第１光学機能層と、
   前記導光体の第１主面側に配置され、光拡散性を有する複数の拡散シートを積層することによって構成された第２光学機能層と、
   前記第２光学機能層上に配置され、集光機能を有する第３光学機能層と、
   を備えたことを特徴とする面光源装置。
2. 前記第２光学機能層を構成する前記拡散シート間に空気層が介在することを特徴とする請求項１に記載の面光源装置。
3. 前記拡散シートのそれぞれのヘイズ値は、７４％以上９３％以下であることを特徴とする請求項１に記載の面光源装置。
4. 前記第２光学機能層を通過した光の前記第３光学機能層への主入射角は、１５°以上３０°以下であることを特徴とする請求項１に記載の面光源装置。
5. 前記光源は、その出射面が前記導光体の入射面に対向するように配置された発光ダイオードであることを特徴とする請求項１に記載の面光源装置。
6. 前記第３光学機能層は、複数のプリズム形状が並列したプリズム面を有するとともに、前記第２光学機能層上において、そのプリズム形状が延在する延在方向と前記光源から放射される放射光の主放射方向との成す角度が９０°±４０°となるように配置されたことを特徴とする請求項１に記載の面光源装置。
7. 複数の表示画素が配置された有効表示部を備えた液晶表示パネルと、
   前記液晶表示パネルを照明する面光源装置と、を備えた液晶表示装置であって、
   前記面光源装置は、光源と、
   前記光源から放射された放射光が入射する入射面、及び、入射面から入射した入射光が出射する互いに対向した第1主面及び第２主面を備えた導光体と、
   前記導光体の第２主面側に配置され、光反射性を有する第１光学機能層と、
   前記導光体の第１主面側に配置され、光拡散性を有する複数の拡散シートを積層することによって構成された第２光学機能層と、
   前記第２光学機能層上に配置され、集光機能を有する第３光学機能層と、
   を備えたことを特徴とする液晶表示装置。
8. 前記第３光学機能層は、複数のプリズム形状が並列したプリズム面を有するとともに、前記第２光学機能層上において、そのプリズム形状が延在する延在方向と前記光源から放射される放射光の主放射方向との成す角度が９０°±４０°となるように配置されたことを特徴とする請求項７に記載の液晶表示装置。
9. 前記第３光学機能層におけるプリズム形状の延在方向は、前記有効表示部に配置された表示画素からなる画素行または画素列と非平行であることを特徴とする請求項８に記載の液晶表示装置。

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