JP2009158469A - バックライト - Google Patents

Abstract

【課題】高輝度を達成できる回折型集光シートを用いたバックライトの欠点である光源近傍の入光むら改善を簡単にかつ確実に実現できるバックライトを提供する。
【解決手段】少なくともひとつの光源１と、回折格子型集光シート２１と、導光板２とで構成されるバックライトであって、回折格子型集光シート２１が、光入射面と光出射面を有し、光入射面はお互いに平行な断面が鋸歯形状の格子を有し、格子の一方の斜面の法線がシートの上面の法線となす角α_Ｆが７０度以上８９.５度以下であり、かつ他方の斜面の法線がシートの上面の法線となす角α_Ｂが、入射光がシートの法線となす角θ_ｉに対してθ_ｉ／２.６９−５≦７８−α_Ｂ≦θ_ｉ／２.６９＋５である。
【選択図】図８

Description

本発明は、透過型、半透過型の液晶表示素子、広告板、非常誘導灯など、背面光源としての照明手段として、光源近傍での明るさのむらがなく均一で明るい性能を実現するバックライトに関する。

近年、カラー液晶表示装置は携帯電話、携帯用ノートパソコン、携帯用液晶テレビ、あるいはビデオ一体型液晶テレビ等として種種の分野で広く利用されている。この液晶表示装置は、基本的にバックライト部と液晶表示素子部から構成されている。バックライト部としては、液晶表示素子の直下に光源を設けた直下方式や導光板の側面に光源を設けたエッジライト方式があり、液晶表示装置のコンパクト化からエッジライト方式が多用されている。このエッジライト方式は、透光性平板の導光板の側面部に光源を配置して、導光板の表面全体から光を出射させる方式のバックライトである。

このような液晶表示装置においてはそのバッテリー駆動時間を伸ばすことが要求されているが、液晶表示装置に使われているバックライトの消費電力の割合が大きく、バッテリー駆動時間を伸ばすための障害になっている。この消費をできる限り低く抑えることがバッテリーの駆動時間を伸ばし、液晶表示装置の実用価値を高める上で重要な課題とされている。しかし、バックライトの消費電力を抑えることによって、バックライトの輝度を低下させたのでは表示品位が犠牲になり好ましくない。そこでバックライトの輝度を犠牲にすることなく、消費電力を抑制するため、バックライトの輝度の効率を高めかつ輝度均一性の高いバックライトの開発が進められている。

図１は従来技術として現在最も普及しているバックライト構成を示す。ＬＥＤ光源１から出射した光は導光板２に光入射面２ａから入射し、導光体２内部を導波する。反射面２ｂに設けられたグルーブやドット等の反射要素で反射された光は導光体の光出射面２ｃから斜め方向に出射する。輝度の面内分布が均一になるように、反射要素の形状は配置を工夫したものが用いられている。たとえば、光源に近い側は反射要素の面密度を小さくし光源１からの距離が大きくなるにつれて、面密度を大きくして、均一性を確保している。

しかしながら、光は導光板２から斜め方向に出射されるため、光を有効に利用するためには、光をバックライトの法線方向へ、偏向及び集光させる必要がある。そこで導光板２の上に拡散フィルム３を設け、均一性を向上させるとともに、導光板２からの出射光をバックライトの法線方向へ偏向させる。さらに光を集光させるために、断面が３角形形状で頂角が９０°の上むきプリズム４、５を２枚、配列方向が互いに直交するように重ねて配置することで輝度の効率向上を図っている。

このプリズムを２枚直交して積層する方式は主にプリズム斜面での屈折作用を利用して導光板からの出射光を法線方向へ偏向させる方向制御を行っている。したがって、一部の光は側方に反射、屈折されるため輝度の効率向上には限界がある。一方、下面に全反射する光もあり、この光はバックライトの下面の設置された反射シート６で反射され再利用可能である。再利用された光は、最初に出射された位置とは異なる位置から出射されるため、面内のむら解消や輝度均一性を高める効果があり、この方式は輝度の効率と均一性のバランスが良いため広く採用されている。

しかしながら、本方式は上記のとおり輝度の効率向上には限界があるため、さらに高輝度を狙った導光板、バックライトが開発されている。

図２に特許第２７３９７３０号公報のバックライト構成を示す。図１の拡散フィルム３と上向きプリズム２枚を、下向きプリズム２１で置き換えた構成となっている。この下向きプリズム２１は断面が三角形形状のプリズムを有し、このプリズムを導光板２の光出射面２ｃに対向するよう下向き配置され、プリズムの配列方向は導光板２の光入射面２ａと平行になっている。導光板２から斜めに出射した指向性光を、プリズムの一方の斜面で、屈折させた光をもう一方の斜面で法線方向へ全反射させ、光を法線方向に方向制御させる方法である。本方法は導光板からの指向性出射光を直接全反射で法線方向へ出射させるため、正面輝度の効率が原理的に高くなる。

また、部品点数を下向きプリズム１枚と少なくできるが、指向性が大きいためむら解消や、均一性確保には不向きであり、実際には下向きプリズム２１の上に拡散フィルムを積層して用いる場合がほとんどである。

携帯機器ディスプレイでは最近光源としてＬＥＤが使用される場合がほとんどである。図３にバックライトを点灯させ、正面から観察した写真を示す。ＬＥＤ１を光源として使用した場合、バックライトの入光部近傍ではＬＥＤの指向特性に起因する暗部３１と明部３２が明確に分かれる入光むら３３が発生する。機器の薄型化、小型化の要求により、バックライトおける表示エリア３４の面積割合が増大する傾向にあり、入光むら３３を極小化することも重要な課題である。

特許第２７３９７３０号公報の下向きプリズム方式は導光板からの出射光を反射で戻すことなく直接（１回）で法線方向へ出射させるために入光むらが視認できる領域が大きくなる欠点がある。また、入光むら改善を目的に下向きプリズムの上に拡散フィルムを積層させても、入光むらの改善効果は小さい。したがって、非表示エリアが大きい仕様のバックライトに限定して使用されているのが現状である。

下向きプリズム方式よりもさらなる高輝度化の方法として特開２００６−５８８４４号公報では、回折格子型集光シートの記載がある。この構成は図２と同じで、異なる点は下向きプリズムの代わりにピッチ１０μｍ以下の鋸歯形状を詳細に設計することで、光の入射角変化に対して出射角変化を小さくし、高い集光性を実現していることである。また、青色、緑色、赤色の３原色の各波長の回折効率が最大となる角度を回折格子の光出射面の法線方向になるよう形状を設計し、回折格子の特徴である分散をおさえている。分散をおさえ集光性を高める条件として図４に示した回折格子形状と入射光角度で定義されたパラメータα_Ｆ、α_Ｂ、θ_ｉに関して７０°≦α_Ｆ≦８９.５°、θ_ｉ／２.６９−５≦７８−α_Ｂ≦θ_ｉ／２.６９＋５との記載がある。他に回折方式の利点として多数の凹凸形状を透過した回折光の多重干渉により、出射光を制御しているためひとつの凹凸形状が欠損したり、異物が存在しても出射光への影響が少ないことがある。

しかしながら、回折格子方式も下向きプリズム方式と比較して、回折と全反射の違いはあるものの、導光板からの出射光を直接法線方向へ出射させるため入光むらが視認される領域が大きくなる。

この入光むらの改善方法として、図５に示すように特開２００６−２８６４８９号公報では導光板２の入光部近傍２ｄにドット形成すること、特開２００７−１２２９５８号公報においてはサンドブラストによって粗面を形成することが記載されている。これらの方法は入光部近傍の導光板内部を導波する光を散乱により広げ、かつ入光部近傍の導光板光出射面から出射される光を散乱させることによって、入光むらを低減させている。

しかしながら、上記の方法では光を散乱させているため、光の方向を制御することは難しく、入光むら改善には寄与しない方向へ光が散乱されてしまう欠点がある。即ち正面からの入光むらは改善しても、ある特定の方向から見た場合にむらが拡大されたり、また、光が入光部近傍で効率良く利用されないために結果として表示エリアでの輝度が低下するため、これらのバランスをとるためのドット形状設計やサンドブラスト条件設定が難しい問題がある。
特許第２７３９７０号公報 特開２００６−５８８４４号公報 特開２００６−２８６４８９号公報 特開２００７−１２２９５８号公報

本発明はこのような状況に鑑み、液晶ディスプレイ用バックライトにおいて、高輝度を達成できる回折型集光シートを用いたバックライトの欠点である光源近傍の入光むら改善を簡単にかつ確実に実現できるバックライトを提供することを目的とする。

本発明者は、導光板出射特性の角度分布測定、入光むらの測定、入光部近傍の目視観察および導光板の入光部近傍の形状設計並びに出射光角度分布シミュレーションを通し、入光むらを低減できる回折格子型集光シート（回折型集光シート）を使用したバックライトが得られることを見出し、本発明に到達した。

本発明に係るバックライトは、少なくともひとつの光源と、回折格子型集光シートと導光板とで構成されるバックライトであって、前記回折格子型集光シートが、光入射面と光出射面を有し、光入射面はお互いに平行な断面が鋸歯形状の格子を有し、格子の一方の斜面の法線がシートの上面の法線となす角α_Ｆが７０度以上８９.５度以下であり、かつ他方の斜面の法線がシートの上面の法線となす角α_Ｂが、入射光がシートの法線となす角θ_ｉに対してθ_ｉ／２.６９−５≦７８−α_Ｂ≦θ_ｉ／２.６９＋５である。

また、本発明に係るバックライトは、さらに、導光板の少なくともひとつが、少なくともひとつの側端面を光入射面とし、これと略直交する光出射面を有し、光入射面から表示エリアまでの最小距離をＬＬとした場合、光出射面およびその裏面の少なくとも一方の表面の（ＬＬ−１.５）ｍｍ以下の光入射面近傍に、他の領域の光の出射方向と異なる方向へ出射させる形状が形成されている。

また、本発明に係るバックライトは、さらに、導光板の少なくともひとつが、少なくともひとつの側端面を光入射面とし、これと略直交する光出射面とを有し、光入射面近傍において光出射面から出射される光の光度分布が、天頂角θ、方位角φに対して、光度が最大となる角度がθｍａｘ=４５±１５°、φｍａｘ≒９０°であり、かつそれらの半値全角がΔθ=７０±１０°、Δφ=１３０±２０°である。

本発明により、高輝度を達成できる回折型集光シートを用いたバックライトの欠点である光源近傍の入光むら改善を簡単にかつ確実に実現できるバックライトを提供することが可能となった。

以下に、図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明をする。この実施の形態は、透過型、半透過型の液晶表示素子、広告板、非常誘導灯など、背面光源としての照明手段として使用することのできるバックライトである。もちろん、液晶ディスプレイにも適するバックライトである。本発明のバックライトは、少なくともひとつの光源を有し、さらに下記（Ａ）に示す導光板と、（Ｂ）に示す回折格子型集光シートとで構成されるバックライトであることが好ましい。

まず、導光板（Ａ）について説明する。この導光板は、少なくともひとつの側端面を光入射面とし、これと略直交する光出射面とを有する。この導光板では、光入射面から表示エリアまでの最小距離をＬＬとした場合、光出射面およびその裏面の少なくとも一方の表面の（ＬＬ−１．５）ｍｍ以下の光入射面近傍に、他の領域の光の出射方向と異なる方向へ出射させる形状が形成されている。さらにこの導光板は、少なくとも一つの側端面を光入射面とし、これと略直交する光出射面とを有し、光入射面近傍において光出射面から出射される光の光度分布に特徴がある。図６、図７（ａ）、図７（ｂ）に定義するように光出射面から出射される光の光度分布が最大となる天頂角θの角度がθｍａｘ＝４５±１５°であり、同じく光の光度分布が最大となる方位角の角度がφｍａｘ≒９０°である。また、この導光板の出射光の天頂角θの最大角度θｍａｘ、並びに方位角φの最大角度φｍａｘについての半値全角であるΔθ及びΔφは、Δθ＝７０±１０°、Δφ＝１３０±２０°である。天頂角θ及びその最大角度θｍａｘ、並びに方位角φ及びその最大角度φｍａｘについては詳細を後述する。

また、回折格子型集光シートは、光入射面と光出射面を有し、光入射面はお互いに平行な断面が鋸歯形状の格子を有し、格子の一方の斜面の法線がシートの上面の法線となす角α_Ｆが７０度以上８９．５度以下であり、かつ他方の斜面の法線がシートの上面の法線となす角α_Ｂが入射光がシートの法線となす角θ_ｉに対してθ_ｉ／２．６９−５≦７８−α_Ｂ≦θ_ｉ／２．６９＋５である。

図２は、本発明の実施の形態である、バックライトの構成を説明するための側面図である。図２は、特許第２７３９７３０号公報のバックライト構成を説明するためにも用いたが、これ以降で、参照する図２は、前記（Ａ）及び（Ｂ）にて説明した特徴を有するバックライトの構成を説明するために用いるものである。図２にあって、バックライトは、光を出射する少なくとも一つの光源１と、光源１から入射面２ａを介して入射してきた入射光を導波して出射面２ｃから出射光として出射する導光板２と、導光板２の出射面２ｃから斜め方向に出射された出射光の方向を導光板２の出射面２ｃ又は回折格子型集光シート２１の法線方向へと変えるように制御する回折格子型集光シート２１とで構成される。また、バックライトは、導光板２の出射面２ｃの裏面である反射面２ｂの下に反射シート６を有する。反射シート６は、導光板２にて下面に全反射された光を再利用可能とするために導光板２方向へ反射する。

次に、本実施の形態であるバックライトを想到するに至ったプロセスについて以下に説明する。

ステップＳ１で、まず、図８に示した構成において、導光板２と回折格子型集光シート２１との間にヘイズ値の異なる拡散フィルム３を挿入し、入光むらを測定する。ヘイズ値は、フィルムに可視光を照射したときの全透過光に対する拡散透過光の割合である。通常は、ヘイズ値の小さいほどフィルムの透明性に優れている。

次に、ステップＳ２でステップＳ１の入光むらの測定結果に基づいて入光むらに改善効果のあるヘイズ値を有する拡散フィルム３を選定し、拡散フィルム３透過後の輝度角度分布を測定する。

次に、ステップＳ３にて、ステップＳ２で測定した拡散フィルム３透過後の輝度角度分布を光度の角度分布に変換する。

次に、ステップＳ４で、ステップＳ３にて変換して得た光度角度分布のうち明らかに入光むら改善に効果がないか、または、不必要な方向へ出射される光の角度成分を除き残りの部分を、入光むらを改善する入光部近傍の目標角度分布と設定した。

前記各プロセスにおいて、前記ステップＳ２の輝度角度分布測定の位置は、通常、導光板中央部であることが好ましい。なぜなら、入光部近傍の角度分布は高角度側での輝度測定の際の実面積が大きくなり、正確な測定が困難なためである。また、前記ステップＳ３において、輝度角度分布を光度角度分布に変換しているのは、輝度の定義に基づくと高角度側では、輝度の角度分布が大きくなり、輝度分布は高角度側に寄ったものとなり、入光むらを改善する角度分布の適正範囲を正確に決定しにくくなるためである。

ステップＳ１〜ステップＳ４を通して決定された入光部近傍の出射光角度分布を実現させる具体的な方法として、本発明のバックライトに使用する、導光板２の入光部近傍２ｄのグルーブ形状のグルーブ傾斜角度αがα＝２５±１０°であることが好ましい。

本発明のバックライトに使用される導光板２は、少なくともひとつの側端面を光入射面２ａとし、これと略直交する光出射面２ｃを有し、光入射面２ａから表示エリアまでの最小距離をＬＬとした場合、光出射面２ｃおよびその裏面２ｂの少なくとも一方の表面の（ＬＬ−１．５）ｍｍ以下の光入射面近傍２ｄに、他の領域の光の出射方向と異なる方向へ出射させる形状が形成されている。このような構成の導光板２によれば、光入射面近傍２ｄの前記形状により、光をむらを改善する角度分布に制御できるので、確実に入光むらを改善できる。図３にＬＬの定義を示した。実際バックライトではＬＥＤ１を含めたＬＬの距離までは黒色の遮光テープで覆われるのが一般的である。したがって、ＬＬ以上まで表示領域の出射特性と異なる反射特性を有する形状を設けると、明らかに、異なる形状の境界が視認され、かつ明るさの違いも明確になり問題である。また、ＬＬ以下ではあるが（ＬＬ−１．５）ｍｍより大きいと、確実に入光むらを低減させることが難しい。なぜなら、光入射面近傍の反射機能を有する形状及び出射特性は表示エリアの反射機能を有する形状、出射特性と異なるため、境界領域での明るさを全方向に対して完全に同じにすることは不可能であり、結果として明るさの差が境界を越えて視認されるためである。表示エリアに対応する領域と異なる形状を形成する距離（面積）を変えて導光板を試作し、バックライトに組み込み、非表示エリアを遮光テープにてマスクして点灯評価を行った結果、（ＬＬ−１．５）ｍｍ以下の領域に別形状を設ければ、形状の違いによる明るさの差に起因するむらが観察されないことがわかった。したがって、確実に入光むらを改善するには、入光部近傍の出射特性を別領域の特性と変えるために反射機能を有する形状を設ける領域は（ＬＬ−１．５）ｍｍ以下であることが好ましい。

この領域の下限については、あまりに小さいと入光むら改善効果が小さくなるため、（ＬＬ−１．５）ｍｍ以下でできる限り（ＬＬ−１．５）ｍｍに近いほど望ましい。また、前述の距離は、導光板の厚さや入光部近傍の出射特性にも依存するが、導光板の厚さが１ｍｍ以下であれば、（ＬＬ−１．５）ｍｍ以下の条件は有効である。

本発明のバックライトに使用される導光板の入光部近傍の出射特性については、入光むらが改善できれば制限するものではないが、以下に好ましい方法を記載する。導光板の入光部近傍出射光の光度角度分布を図９、図１０に示す。ここでθは図６に示すように導光板２の光出射面２ｃに垂直方向（Ｚ軸方向）を０°とした天頂角であり、φは導光板２の光入射面２ａに平行な方向（Ｘ軸方向）を０°とした方位角である。導光板２の入光部近傍２ｄの光出射面２ｃから出射される光の光度角度分布において、光度が最大となる角度がθｍａｘ＝４５±１５°、φｍａｘ≒９０°であり、かつ角度分布の広がりに対応する半値全角がΔθ＝７０±１０°、Δφ＝１３０±２０°であれば、入光むらは改善できる。

ここで、光度が最大となる天頂角θｍａｘが前記範囲外の場合、入光むらの改善効果は小さい。またその半値全角Δθ＜６０°または光度が最大となる方位角の半値全角Δφ＜１１０°の場合出射光の広がりが小さく、入光むら改善効果は小さい。前記半値全角Δθ＞８０°または前記半値全角Δφ＞１５０°の場合、出射光の角度分布は広がりすぎのため、輝度が低くなり、表示エリア部の輝度と同程度の輝度にするためには、結果として入光部近傍で光を多く出射させる必要がある。即ち表示エリアで使用される光量が減り、低輝度になるため望ましくない。また、φｍａｘ≒９０°については導光板の一般的な特性である。

本発明のバックライトに使用する導光板２は入光部近傍の出射特性が図９及び図１０に示した上記の範囲であれば、これを実現するための、手段について特に制限はない。また、入射部近傍とは、側端面に設けた光入射面２ａの近傍であり、光入射面２ａから表示エリアまでの領域である。

上記角度分布の実現方法については、導光板の入光部近傍の光出射面またはその裏面の少なくともどちらか一方に、グルーブや球面レンズ、レンチキュラーレンズ等を配置させ、光線追跡によるシミュレーションによって光度角度分布を計算し、計算結果が上記範囲に入るまで、形状を変化させて形状を決定すれば良い。したがって、入光むら改善のために導光板の入光部近傍に導入する形状には制限はない。

本発明によるバックライトに含まれる導光板は透明性の高い材料（ポリカーボネート、アクリル等）を使用し、射出成形等により金型を用いて成形して得られるものであるが、材料、製造法については特に制限はない。

入光部近傍に形成する反射機能を有する形状と平面との割合は特に制限はない。反射機能形状の割合が大きすぎると、入光部近傍で光を多量に消費し表示エリアでの輝度が低くなる。一方、割合が小さすぎると入光むら改善効果は小さくなる。したがって、バックライトにおける、導光板の光入射面から表示領域までの距離及び輝度の仕様から決定すべきものである。また、導光板の入光部近傍以外の領域での光の方向を変えて導光板から光を出射させるための反射要素の形状について制限はない。

本発明のバックライトは、前述したように、前記導光板２と光源１、反射シート６、回折型集光シート２１から構成される。回折型集光シート２１は光入射面と光出射面を有し、光入射面はお互いに平行な断面が鋸歯形状の格子を有し、格子の一方の斜面の法線がシートの上面の法線となす角α_Ｆが７０度以上８９．５度以下であり、かつ他方の斜面の法線がシートの上面の法線となす角α_Ｂが入射光がシートの法線となす角θ_ｉに対してθ_ｉ／２．６９−５≦７８−α_Ｂ≦θ_ｉ／２．６９＋５であることを特徴するものである。

互いに平行な断面が鋸歯形状の格子は、例えば、ピッチ１０μｍ以下とする。また、光の入射角変化に対して出射角変化を小さくし、高い集光性を実現している。また、青色、緑色、赤色の３原色の各波長の回折効率が最大となる角度を回折格子の光出射面の法線方向になるよう形状を設計し、回折格子の特徴である分散をおさえている。分散をおさえ集光性を高める条件として、前述の図７に示した回折格子形状と入射光角度で定義されたパラメータα_Ｆ、α_Ｂ、θ_ｉの条件を前述のように決定した。

光源１についてはＬＥＤやＣＣＦＬ他、特に制限はないが、点光源であるＬＥＤを一定間隔に並べて使用される場合に、入光むら改善効果は著しい。反射シートについても特に制限はないが、銀シート等、正反射機能の反射シートを使用する方が輝度の点有利である。また、バックライトの視野角を調整する目的で回折型集光シートの上に拡散フィルムを配置する等、本バックライトは必要に応じて、拡散フィルムを使用しても良い。

本発明において、導光板の光入射面から（ＬＬ−１.５）ｍｍ以下の入光部近傍に他領域と異なる出射特性を有する反射機能形状を設けた導光板を使用することによって光源近傍に明るさのむらがない均一な回折型集光シートを用いたバックライトを実現できる。

以下、実施例により本発明を具体的に説明する。
（実施例１）
図８に示すように、光源１、導光板２、拡散シート３、反射シート６および回折格子型集光シート２１からなる２インチサイズのバックライトを組み立てて光学特性を測定した。光源としてはＬＥＤ（日亜化学製ＮＳＣＷ２１５）を３灯使用した。反射シートについては市販の銀シート（株式会社麗光製ルイルミラー６０Ｗ１０）を用いた。導光板（３０.８×３９.２×ｔ０.６）については下面に反射要素としてグルーブを上面にホログラムディフューザで構成されたものを射出成形により作製した。グルーブ形状と配置については光線追跡シミュレーションにより、導光板からの出射光の輝度の位置分布が均一になるように設計した結果、グルーブ角度が１.７°〜２°の連続グルーブとなった。光入射面には稜線が厚さ方向で頂角が１００°、１４０°の２種類のプリズム（それらプリズムと平面との比が９:８:７）を形成した。作製した導光板の輝度が最大となる角度はθｍａｘ=６８°であった。本導光板は本発明の入光部近傍に入光むらを改善する手法を含まない導光板である。導光板材料として市販のポリカーボネート成形材料（出光興産株式会社製ＬＣ１５００）を使用した。拡散シートについては市販品（株式会社きもと製ライトアップ）を３種類使用した。

回折型集光シートは図１１に示すとおり、ピッチ５μｍ、α_Ｆ=８０°α_Ｂ=５４°とした。ここで、回折型集光シートへの光入射角度は導光板出射光が最大となる角度を採用した。即ち、θ_ｉ＝θｍａｘ=６８°。よってθ_ｉ／２.８９−５＝１８.５３、θ_ｉ／２.８９＋５＝２８.５３、７８−α_Ｂ=２４であり、請求範囲の角度条件を満足する。具体的には図１３で示し形状のダイヤモンドバイトを作製し、ターニング加工により回折格子成形用金型を作製した。型の表面にアクリル系の紫外線硬化型樹脂を塗布し、その上に市販の易接着ＰＥＴ（東洋紡績株式会社製コスモシャインＡ４３００ ５０μｍ厚）を重ね、ゴムロールにて樹脂が均一になるように引き伸ばした。易接着ＰＥＴの上からメタルハライドランプにより紫外線を１５００ｍＪ照射した後、型から引き剥がして回折型集光フィルムを得た。

点灯評価としてＬＥＤ１個あたり１５ｍＡの電流を印加し、輝度測定装置（有限会社ハイランド製ＲＩＳＡ）にて、バックライトの中央部正面輝度を測定した。バックライトの入光部むらの定義と測定法を、図１２を用いて説明する。図１２はバックライトを点灯させた状態で真上からバックライトの入光部近傍を撮影した写真である。

図１２の左側にＬＥＤ１が３個観察される。入光付近でＬＥＤに平行方向（Ｘ方向）の幅３０.８ｍｍを１００分割、ＬＥＤ１に垂直方向（Ｙ方向）の長さ９ｍｍを３０分割したメッシュ７１をきり、各部分の正面輝度を測定した。

ＬＥＤである光源１からある一定距離Ｙに対してＸ方向１００点の輝度データの最小と最大の比（最小値／最大値）を距離Ｙでの均斉度と定義し、均斉度が０.６以上となる最小の距離Ｙを入光むらと定義した。測定は上述の輝度測定装置で直径０.１ｍｍの位置分解能で測定し、入光むらを求めた。また、バックライト中央部の輝度角度分布は液晶パネル視野角測定装置（ＥＬＤＩＭ社製 Ｅｚ Ｃｏｎｔｒａｓｔ）にて測定し、各方向における相対光度を算出した。

表１にヘイズ値の異なる拡散フィルム３を導光板２と回折格子型集光シート２１との間に挿入した場合の入光むら、正面輝度値を示す。

参考までに拡散フィルムがない場合の入光むら正面輝度値も表１に示す。拡散フィルムを用いないＮｏ１の場合、入光むらは５．４（ｍｍ）で、正面輝度は８９１０（ｃｄ／ｍ^２）である。ヘイズ値５４％の拡散フィルムＡを導光板と回折格子型集光シートとの間に挿入したＮｏ２の場合、入光むらは４．５（ｍｍ）で、正面輝度は６０９０（ｃｄ／ｍ^２）である。ヘイズ値８６％の拡散フィルムＢを挿入したＮｏ３の入光むらは３．８（ｍｍ）で、正面輝度は４０１０（ｃｄ／ｍ^２）である。ヘイズ値９１％の拡散フィルムＣを挿入したＮｏ４の入光むらは３．４（ｍｍ）で、正面輝度は２８５０（ｃｄ／ｍ^２）である。

ヘイズ値の最も高い拡散フィルムＣを用いた場合（Ｎｏ４）の入光むらが最も小さくなった。しかしながら、中央部の正面輝度も小さくなってしまう。ヘイズ値が高いほどフィルムの透明度が落ちることになるので、中央部の正面輝度が小さくなる。このため、入光部近傍の導光板出射光のみ拡散フィルムＣを挿入した場合における、拡散フィルム透過後の光度角度分布と同じにすれば、中央部の正面輝度を低下させずに入光むらが改善できる。

図１３（ａ）、図１３（ｂ）に拡散フィルム３透過後の光度角度分布を示す。この分布によれば光度が最大となる天頂角θｍａｘが約４５°、またその半値全角Δθが約７５°であり、光度が最大となる方位角φｍａｘが約９０°、またその半値全角Δφが約１４５°である。即ち、導光板２からの出射光の光度角度分布をこの分布に近づければ入光むらを改善できる。

また、図１３（ａ）、図１３（ｂ）から分布にかなりの裾引きが見られるが、この部分は明らかに光の利用効率を悪化させる部分であると考えられる。したがって、入光むらを改善する導光板の入光部近傍の出射光の光度角度分布は光の利用効率を考慮しθｍａｘ＝４５±１５°、φｍａｘ≒９０°、Δθ＝７０±１０°、Δφ＝１３０±２０°程度で裾引きのない分布が良いと判断できる。

（実施例２）
実施例１にて決定した光出射角度分布を目標に導光板の入光部近傍について、図１９（ａ）及び（ｂ）に示したグルーブの角度α、αに対向する傾斜角度βを変えて図１４に示した構成で光線追跡シミュレーションを実施し、入光部近傍の光度角度分布を求めた結果を図１５（ａ）及び（ｂ）に示す。具体的には、光入射面２ａから所定の範囲内の反射面２ｂ側に図１９（ａ）及び（ｂ）に示す傾斜角度のグルーブを設けた。特に図１９（ａ）は、導光板２の入射面２ａ側からのぼり傾斜角度β及びくだり傾斜角度αの山が形成されるグルーブ形状を示す。また、図１９（ｂ）は同じく入射面２ａ側からくだり傾斜角度α及びのぼり傾斜角度βの谷が形成されるグルーブ形状を示す。これらの山又は谷形状を有するグルーブは、入射部近傍２ｄにて繰り返し形成される。もちろん、各異なった角度の山、谷からなるグルーブが複数種類組み合わせて形成されてもよい。グルーブの傾斜角度α＝１９°（Ａ）単独の場合、光度が最大となる天頂角の半値全角Δθが実施例１の場合と比較して小さい。傾斜角度α＝３０°（Ｂ）の場合、半値全角Δθは大きくなるが、光度が最大となる天頂角θｍａｘ＝１５°までずれる。α＝１９°（Ａ）のグルーブとα＝３０°（Ｂ）グルーブを１：１、２：１、３：１の割合で組み合わせると実施例１の角度分布に近づく。Ａ：Ｂ＝２：１の場合、光度が最大となる天頂角θｍａｘ＝４５°、その半値全角Δθ＝６８°、光度が最大となる方位角φｍａｘ＝９０°、その半値全角Δφ＝１３１°であり、実施例１で決定した角度分布、θｍａｘ＝４５±１５°、φｍａｘ≒９０°、Δθ＝７０±１０°、Δφ＝１３０±２０°を満足する。例えば、図１９（ａ）または図１９（ｂ）で定義される、αはα＝２５±１０°である。

（実施例３）
実施例２でシミュレーションにより決定したＡグルーブとＢグルーブの比が２：１のグルーブを入光部近傍２ｄに有する導光板を製作した。入光部近傍以外の反射グルーブ形状と配置については光線追跡シミュレーションにより、導光板からの出射光の輝度の位置分布が均一になるように設計した。

具体的には反射面２ｂと同じ面に図１６に示すグルーブを光入射面２ａから２ｍｍの範囲に設けた。図１１に示した形状寸法の回折型集光シートを使用し図２に示した構成のバックライトの入光むらを測定した。これは入光部近傍のグルーブが導光板の光出面の裏面の場合に相当する。結果は表２の実施例３の行に示す。

（比較例１）
表２には、比較例１の測定結果も示す。この比較例１は、実施例１で記載した連続グルーブの導光板のグルーブを光出射面に対して裏面になるように配置し、図１１に示した形状寸法の回折型集光シートを使用して図２で示すバックライトを構成し入光むらを測定したものである。

表２に示したように実施例３では、入光むらが４．３ｍｍであり、比較例１の５．４ｍｍと比較し、入光むらが改善されることが実証された。

（実施例４）
実施例３に記載した導光板のグルーブ面を光出面側となるよう裏返して、図２の構成のバックライトの入光むらを測定した。結果は表２の実施例４の行に示したとおりであり、入光むらが３．５ｍｍとなり、比較例１の５．４ｍｍと比較して入光むらが改善されることが実証された。

（実施例５）
実施例１に記載した方法で、図１６に示すグルーブを光入射面からそれぞれ１．７ｍｍ、２．０ｍｍ、２．５ｍｍ、３．０ｍｍの範囲に設けた導光板を製作した。図１６に示すグルーブの数はそれぞれ１８本、１８本、２７本、３３本である。図１１に示した回折型集光シートを使用し、導光板をグルーブ面が光出射面となる向きで図２に示す構成のバックライトを組立てた。入光むらの測定と外観評価を実施した。本バックライトのＬＥＤ（導光板の光入射面）から表示エリアまでの距離ＬＬ＝３．５ｍｍの領域に黒色のテープでマスクをして外観を観察した。図１７、図１８に外観写真を示す。図１８では黒色テープとの境界領域で他の領域と比較して明るくなっている。この場合を外観評価としては×とした（図１７は○）。評価結果を表３の実施例５の行に示した。

入光むらは、ＬＬ＝１．７、２、２．５及び３ｍｍの全ての場合で比較例１と比較して改善が見られる。つまり、入光むらは３．７、３．６、３．９及び４ｍｍとなり、比較例１の６．８ｍｍより小さくなっており、改善が見られた。しかし、外観は２ｍｍ以下の場合に良好であった。したがって、入光むら改善のためのグルーブを設ける範囲は（ＬＬ−１．５）ｍｍ以下が良いことが実証された。

以上、各実施例と比較例との比較の結果から本発明により、入光むらを改善した回折型集光シートを用いたバックライトを実現できることがわかる。

上向きプリズムシートを２枚用いたバックライトの構成を示す概略図である。 下向きプリズムシートまたは回折型集光シートを用いたバックライト、又は本願発明の実施の形態となるバックライトの構成を示す概略図である。 バックライト点灯時の入光むら及び導光板光入射面と表示エリアまでの距離を示す図である。 回折型集光フィルムの形状パラメータを示す図である。 導光板の入光部近傍を説明する図である。 光線の方向を定義するための図である。 本発明の光度分布決定するパラメータを定義する図である。 実施例１のバックライトの構成を示す概略図である。 本発明の光度分布を説明する図である。 本発明の光度分布を説明する図である。 実施例に用いた回折型集光フィルムの断面図である。 入光むらの定義及び測定法を説明するための図である。 実施例１の結果を示す図である。 実施例１のシミュレーションに用いた構成を示す概略図である。 実施例２の結果を示す図である。 本発明の入光部近傍を示す概略図である。 外観が良好な場合のバックライトの写真である。 外観ＮＧの場合のバックライトの写真である。 傾斜角度α、βを定義するための図である。

符号の説明

１ ＬＥＤ光源（光源）
２ 導光板
２ａ 光入斜面
２ｂ 光反射面
２ｃ 光出射面
２ｄ 入光部近傍
３ 拡散シート（拡散フィルム）
４ 上向きプリズムシート（上向きプリズム）
５ 上向きプリズムシート（上向きプリズム）
６ 反射シート
２１ 下向きプリズムまたは回折格子型集光シート
３１ 暗部
３２ 明部
３３ 入光むら
３４ 表示エリア
７１ メッシュ
Ｌ１ 光線
Ｌ２ 入射光線
ＬＬ 導光板光入射面から表示エリアまでの最小距離
θ 導光板の光出射面に垂直方向を０°とした天頂角
φ 導光板の光入射面に平行な方向を０°とした方位角

Claims (2)

1. 少なくともひとつの光源と、回折格子型集光シートと、導光板とで構成されるバックライトであって、
   前記回折格子型集光シートは、光入射面と光出射面を有し、光入射面はお互いに平行な断面が鋸歯形状の格子を有し、格子の一方の斜面の法線がシートの上面の法線となす角α_Ｆが７０度以上８９．５度以下であり、かつ他方の斜面の法線がシートの上面の法線となす角α_Ｂが、入射光がシートの法線となす角θ_ｉに対してθ_ｉ／２．６９−５≦７８−α_Ｂ≦θ_ｉ／２．６９＋５であり、
   前記導光板の少なくともひとつの側端面を前記光入射面とし、これと略直交する前記光出射面を有し、前記光入射面から表示エリアまでの最小距離をＬＬとした場合、前記光出射面およびその裏面の少なくとも一方の表面の（ＬＬ−１．５）ｍｍ以下の光入射面近傍に、他の領域の光の出射方向と異なる方向へ出射させる形状が形成されていることを特徴とする、バックライト。
2. 前記導光板の少なくともひとつの側端面を前記光入射面とし、これと略直交する前記光出射面とを有し、前記光入射面近傍において、天頂角をθとし、方位角をφとしたときに、前記光出射面から出射される光の光度分布が最大となる前記天頂角の角度がθｍａｘ＝４５±１５°であり、同じく前記光の光度分布が最大となる前記方位角の角度がφｍａｘ≒９０°であり、かつそれらの半値全角がΔθ＝７０±１０°、Δφ＝１３０±２０°であることを特徴とする、請求項１に記載のバックライト。