JP2009216884A - 光学ユニット、バックライト装置、液晶モジュール、及び液晶ディスプレイ - Google Patents

Abstract

【課題】 光源の数を増加させること無く、輝度の低下を抑制すると共に、輝度ムラを低減することができる光学ユニットを供給する。
【解決手段】液晶ディスプレイ２０のバックライト装置１に用いられ、複数の光学部材からなり、光源からの光を透過する光学ユニット５において、光源３から出射した光の光路上に、一面に略半球体又は略半楕円体の複数のマイクロレンズを有する第1の集光拡散手段６と、一面に断面が鋸歯状の突条プリズムを有する集光手段７と、一面に略半球体又は略半楕円体の複数のマイクロレンズを有する第２の集光拡散手段８とをこの順で順次配設し、各一面は、光学ユニット５の光の出射側とされていることを特徴とする光学ユニット５。
【選択図】 図９

Description

本発明は，測定エリアの輝度ムラの発生を少なくすることができる光学ユニット、バックライト装置、液晶モジュール及び液晶ディスプレイに関する。

近年、液晶ディスプレイは、急速に市場に浸透してきた。最近では、技術の進歩に伴い、より大画面化されてきている。
更に、液晶ディスプレイの設置性が向上することから、薄型化の要求が高まってきている。

表示画面の大型化に伴い、その表示画面の輝度ムラが目立ってきており、改善が望まれてきている。
表示画面内の輝度ムラ発生の主原因としては、液晶ディスプレイを構成する液晶表示パネルを照明するバックライト装置の照明光の輝度分布が挙げられる。
このような大画面の液晶ディスプレイの輝度ムラを低減するため、バックライト装置を改良した技術が、特許文献１に記載されている。

特許文献1には、概ね以下のように記載されている。
バックライト装置は、液晶表示パネルに照明光を供給するため、液晶表示パネルの背面直下に設置されている。
図１６に示すように、特許文献1に記載のバックライト装置１０１は、線状光源１０２と、反射板１０３と、光学ユニット１０４とを有しており、光源１０２は、反射板１０３の一面側に設置されている。
更に、光学ユニット１０４は、線状光源１０２に近い側から、拡散板１０５、第１の拡散シート１０６、集光シート１０７、及び第２の拡散シート１０８が順に設置されている。

第１及び第２拡散シート１０６，１０８は、光透過性のシート状の基材の光出射面側に光拡散性を有する粒子が塗布された光拡散面を備えたものである。
また、集光シート１０７は、透光性のシート状の基材の光出射面側に集光機能をもつプリズム部が多数連続して配列したプリズムシートで構成されている。

線状光源１０２から出射した光は、拡散板１０５及び第１の拡散シート１０６で拡散された後、散乱された光は集光シート１０７で集光シート１０７に直交する方向に近づくよう回折され、集光され出射される。これにより、所定の視野角方向の輝度を向上する。更に、第２の拡散シート１０８では、入射した光を拡散し、輝度ムラを低減する。

特開２００８-４６６０１号公報

ところで、液晶ディスプレイの薄型化を図る場合、線状光源１０２の中心と拡散板１０５までの距離（Ｈ、以下、光学ユニット距離と称す）を短くすることが必要となる。
しかしながら、この従来の構成で光学ユニット距離Ｈは、１５ｍｍ程度であったが、この光学ユニット距離Ｈを短くした場合、線状光源１０２の真上部分とそれ以外の部分で輝度差が大きくなり、液晶パネルの面内でバックライト装置１０１から出射される照明光の周期的な輝度ムラが生じる。

その対策のため、複数の光学シートを追加して輝度ムラを低減することが可能であるが、複数の光学シートを追加することは、コストの上昇と輝度の低下を招いてしまう。
また、別の対策として、線状光源１０２の本数を増加するにより、輝度の低下を抑えながら輝度ムラを低減することが可能である。
しかしながら、線状光源１０２の本数を増加することは、線状光源１０２以外にも液晶パネルの駆動部のインバータ基板（図示せず）回路部品等の増加にも繋がるため、コストの上昇と消費電力の増加とを引き起こしてしまう。
更に、上記の光学シートを追加すること及び線状光源１０２の本数を増加することによる輝度ムラの対策では、バックライト装置１０１から出射される照明光のうち、バックライト装置１０１に直交する方向に出射する照明光については輝度ムラが改善されるが、斜め方向に出射される照明光については輝度ムラが十分に改善されているとは言えなかった。
また、斜め方向に出射される照明光に対する輝度ムラを十分に改善するためには、更なる光学シートの追加や線状光源１０２の本数増加が必要となるが、光学シートの追加は全体的な輝度低下を招き、線状光源１０２の本数増加は、更なる回路の部品点数の増加によるコスト上昇と消費電力増加を招いてしまうため、実用的ではない。

そこで、本発明は、液晶ディスプレイの表示画面が大画面化した場合においても、輝度を低下することなく、輝度ムラを低減することを目的とする。
また、線状光源１０２と光学ユニット１０４との距離を狭くし、液晶ディスプレイを薄型化した場合においても、線状光源１０２の数を増加させること無く、輝度の低下を抑制すると共に、輝度ムラを低減することを目的とする。
また、バックライト装置１０１に直交する方向ばかりでなく、斜め方向に出射される照明光についても輝度ムラを低減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、次の１）乃至６）の構成を有する。
１）液晶ディスプレイ２０のバックライト装置１に用いられ、複数の光学部材からなり、光源からの光を透過する光学ユニット５において、光源３から出射した光の光路上に、一面に略半球体又は略半楕円体の複数のマイクロレンズを有する第1の集光拡散手段６と、一面に断面が鋸歯状の突条プリズムを有する集光手段７と、一面に略半球体又は略半楕円体の複数のマイクロレンズを有する第２の集光拡散手段８とをこの順で順次配設し、各一面は、光学ユニット５の光の出射側とされていることを特徴とする光学ユニット５。
２）液晶ディスプレイ２０のバックライト装置１に用いられ、複数の光学部材からなり、光源からの光を透過する光学ユニット５において、光源３から出射した光の光路上に、入射した光を散乱する機能を有すると共に、一面に断面が鋸歯状の突条プリズムを有する散乱集光手段１３と、一面に略半球体又は略半楕円体の複数のマイクロレンズを有する第1の集光拡散手段６と、一面に断面が鋸歯状の突条プリズムを有する集光手段７と、一面に略半球体又は略半楕円体の複数のマイクロレンズを有する第２の集光拡散手段８とをこの順で順次配設し、各一面は、光学ユニット５の光の出射側とされていることを特徴とする光学ユニット５。
３）液晶ディスプレイ２０のバックライト装置１に用いられ、複数の光学部材からなり、光源からの光を透過する光学ユニット５において、光源３から出射した光の光路上に、入射した光を散乱する機能を有すると共に、一面に断面が鋸歯状の突条プリズムを有する散乱集光手段１３と、一面に略半球体又は略半楕円体の複数のマイクロレンズを有する第1の集光拡散手段６と、一面に断面が鋸歯状の突条プリズムを有する集光手段７と、一面に略半球体又は略半楕円体の複数のマイクロレンズを有する第２の集光拡散手段８と、一面に略半球体又は略半楕円体の複数のマイクロレンズを有する第３の集光拡散手段１５と、入射した光を２種類の直線偏光状態の光に分離し、分離された一方の直線偏光状態の光を透過し、他方の直線偏光状態の光を反射する偏光分離手段１６とをこの順で順次配設し、各一面は、光学ユニット５の光の出射側とされていることを特徴とする光学ユニット５。
４）１）乃至３）のいずれか１項に記載の光学ユニット５において、光源３と、光学ユニット５に対して光源３を挟んで対向する位置に配設された反射板４とを有することを特徴とするバックライト装置１。
５）４）に記載のバックライト装置１と、バックライト装置１における光源３に対して光学ユニット５を挟んで対向する位置に配設された液晶パネル２３とを有することを特徴とする液晶モジュール１９。
６）５）に記載の液晶モジュール１９と、液晶モジュール１９を駆動する液晶駆動回路とを有することを特徴とする液晶ディスプレイ２０。

本発明によれば、液晶ディスプレイの表示画面が大画面化した場合においても、輝度を低下することなく、輝度ムラを低減することができる。
また、線状光源と光学ユニットとの距離を狭くし、液晶ディスプレイを薄型化した場合においても、線状光源の数を増加させること無く、輝度の低下を抑制すると共に、輝度ムラを低減することができる。
また、バックライト装置に直交する方向ばかりでなく、斜め方向に出射される照明光についても輝度ムラを低減することができる。
また、線状光源１０２の数を増加させないので、駆動部のインバータ基板回路の部品増加が無く、コストの上昇や消費電力の増加を極力抑えることができる。

以下に、本発明に係る光学ユニット及びそれを用いたバックライト装置の実施例について、図面を参照して説明する。
図１は、本発明に係るバックライト装置の実施例を示す断面図である。図２は、本発明に係る第１の形態の光学ユニットの実施例を示す断面図である。図３は、本発明に係るマイクロレンズ付き光学シートの実施例を示す部分平面図及び部分断面図である。図４は、本発明に係るマイクロレンズ付き光学シートの別の形態の実施例を示す部分平面図及び部分断面図である。図５は、本発明に係るプリズム付き集光シートの実施例を示す部分平面図及び部分断面図である。図６は、本発明に係る第２の形態の光学ユニットの実施例を示す断面図である。図７は、本発明に係るプリズム付き拡散板の実施例を示す部分平面図及び部分断面図である。図８は、本発明に係る第３の形態の光学ユニットの実施例を示す断面図である。図９は、本発明に係るバックライト装置の実施例を示す部分断面図である。図１０は、本発明に係るバックライト装置の光学特性の評価方法を示す概略図である。図１１は、本発明に係るバックライト装置の輝度ムラの発生を説明する概略図である。図１２は、本発明に係るバックライト装置の輝度ムラの光学ユニット距離依存性を示すグラフである。図１３は、本発明に係るバックライト装置の輝度ムラの角度依存性を示すグラフである。図１４は、本発明に係る液晶モジュールを示す斜視展開図である。図１５は、本発明に係る液晶ディスプレイを示す斜視図である。
なお、全図において、共通な機能を有する部品には同一符号を付して示し、一度説明したものに関しては、繰り返した説明を省略する。
更に、断面図，概略図等は模式図であり、寸法等の比率は誇張して表現している場合がある。

初めに、図1に示すように、バックライト装置１は、液晶表示パネル２に照明光を照射するものであり、光源３と、光源３から出射した照明光のうち液晶表示パネル２と反対方向に出射した光を反射して液晶表示パネル２側に戻す反射板４と、光源３と液晶表示パネル２との間に配設され液晶表示パネル２の表示特性を向上する役割を持つ複数の板状又はシート状の光学部材からなる光学ユニット５を有する。

（第１の形態の光学ユニット）
次に、図２、図３を用いて本発明の第１の形態の光学ユニット５ａによる、液晶表示パネル２の表示領域における照射される照明光の面内ムラである輝度ムラの低減について説明する。
図２に示すように、第１の形態の光学ユニット５ａは、光源３と液晶表示パネル２との間に光源３から所定の距離Ｈ（光学ユニット距離）を隔てて配設されており、光源３側から第１のマイクロレンズ付き光学シート６と、集光機能を持つ一方の面にプリズムが形成されたプリズム付き集光シート７と、第２のマイクロレンズ付き光学シート８とがこの順に配設されている。

図３に示すように、第１及び第２のマイクロレンズ付き光学シート６，８は、シート状の基材９上の光が出射する側に、多数のマイクロレンズ１０が２次元配列されている。
マイクロレンズ１０の形状は、略半球体或いは略半楕円体状の突起となっている。シート状の基材９及びマイクロレンズ１０は、どちらも入射した光線を透過する必要があるため無色透明の材料から形成されている。
更に、シート状の基材９及びマイクロレンズ１０を同一材料から形成し、界面での屈折率差による反射を無くすことができる材料を用いることが望ましい。

この第１及び第２のマイクロレンズ付き光学シート６，８は、表面の複数のマイクロレンズ１０によって優れた集光、法線方向側への屈折、拡散等の光学的機能を有する。

マイクロレンズ１０は、シート状の基材９の表面に緻密に配列されている。マイクロレンズ１０による集光及び拡散の効果を最大限活用するためには、マイクロレンズ１０をシート状の基材９上に隙間無く配列することが望まれる。
好適な配列の例としては、図３に示すように各マイクロレンズ１０の頂点を結んだ線がそれぞれ正三角形の格子パターンを形成するような配列がある。

更に、より好適な例としては、図４に示すように、光の出射側から見た場合のマイクロレンズ１０の基材９と接する面における直径を各マイクロレンズ１０で変化させるような配列がある。
この場合、各マイクロレンズ１０の頂点を結んだ線がランダムな格子パターンを形成する。このランダムパターンによれば、第１及び第２のマイクロレンズ付き光学シート６，８を他の光学部材と重ね合わせた際のモアレの発生を低減することができる。
また、第１及び第２のマイクロレンズ付き光学シート６，８のマイクロレンズ１０の配列は、必ずしも同一である必要は無い。

次に、図５に示すように、プリズム付き集光シート７は、シート状の基材１１の光の出射面上に平行かつ等間隔である複数の突条のプリズム１２を備えており、プリズム１２の断面は鋸歯状の形状を有している。
プリズム１２は、プリズム付き集光シート７を長手方向に垂直な方向に切断した断面において三角形が連なっており、各三角形の断面間は各三角形の底角がつながってＶ字型の溝を形成されている。
プリズム付き集光シート７に入射した光は、プリズム１２により、その出射光の方向がプリズム付き集光シート７に直交する方向に近づくよう回折され集光する。

プリズム付き集光シート７を形成する材料は、マイクロレンズ付き光学シート６，８と同様入射した光線を透過する必要があるため無色透明の材料から形成されている。
更に、シート状の基材１１及びプリズム１２を同一材料から形成し、界面での屈折率差による反射を無くすことができる材料が望ましい。

次に、光源３から出射された照明光が、第１の形態の光学ユニット５ａを透過する際の光路について説明する。
図１に示すようなバックライト装置１に使用する光源３は、複数本の線状光源３が一般的であり、線状光源３の位置による違い及び直接光と反射板４で反射した反射光との違いなどにより、第１の形態の光学ユニット５ａの入射面では輝度ムラ及び入射角度分布が発生している。

上記のように構成された第１のマイクロレンズ付き光学シート６、プリズム付き集光シート７と第２のマイクロレンズ付き光学シート８とを有する第１の形態の光学ユニット５ａは、光源３から第１のマイクロレンズ付き光学シート６に入射した輝度ムラ及び入射角度分布を有する照明光の内、所定の角度の光を液晶表示パネル２方向に透過させると共に集光し、それ以外の光はマイクロレンズ内で複数回反射し、光源３方向に反射される。

第１のマイクロレンズ付き光学シート６から液晶表示パネル２方向に出射した光は、プリズム付き集光シート７に入射し、プリズム付き集光シート７に直交する方向に近づくよう回折され、集光して出射する。

プリズム付き集光シート７から出射された光は、第２のマイクロレンズ付き光学シート８に入射し、液晶表示パネル２方向に透過させると共に集光した照明光として出射される。
これにより、第２のマイクロレンズ付き光学シート８から出射した照明光は、輝度ムラが低減される。

この際、光源３と第１のマイクロレンズ付き光学シート６との間に、入射した光を拡散する機能を有する拡散板を配設しても良い。

（第２の形態の光学ユニット）
次に、図６を用いて、第２の形態の光学ユニット５ｂについて説明する。
図６に示すように、第２の形態の光学ユニット５ｂは、第１の形態の光学ユニットの第１のマイクロレンズ付き光学シート６と光源３との間に、照明光の出射面にプリズムを形成したプリズム付き拡散板１３を配設した構造である。

図７に示すように、プリズム付き拡散板１３は、シート状の基材における照明光の出射面にプリズムを一体成形した構造になっている。
プリズム付き拡散板１３は、透明樹脂に光拡散剤を分散させた材料又は、混合しにくい２種以上の樹脂の混合物を材料として成形される。
光拡散剤の分散量又は樹脂の混合比率変化させることによって容易に透過率とヘーズの調整が可能である。
これによってプリズム付き拡散板１３は、光源３からの出射光および反射板４による反射光を散乱させて輝度を均一化することができる。

プリズム付き拡散板１３のシート状の基材部上に形成されたプリズム部１４は、平行かつ等間隔であり断面が鋸歯状の複数の突条プリズムを備えている点で、プリズム付き集光シート７と類似した形状を有している。

プリズム付き拡散板１３に入射した光源３からの出射した照明光は、プリズム付き拡散板１３の内部で散乱され、プリズム部１４に入射する。
プリズム部１４に入射した照明光は、所定の角度を有するものについては、プリズム付き拡散板１３に対して直交する方向に近づくように回折されプリズム部１４から集光して出射される。それ以外の角度で入射した照明光については、プリズム部１４で複数回反射し基材部に入射し再度散乱され光源３方向に出射する。

プリズム付き拡散板１３から液晶表示パネル２方向に出射された照明光は、光源３からプリズム付き拡散板１３に入射する照明光に比較して、輝度ムラが低減されると共に、出射する際の角度が液晶表示パネル２に直交する方向に近づく。
したがって、プリズム付き拡散板１３を出射した照明光が、第１のマイクロレンズ付き光学シート６、プリズム付き集光シート７と第２のマイクロレンズ付き光学シート８とを経て出射された際の輝度ムラは、第１の光学ユニットを透過する際の輝度ムラに比較して、低減される。

更に、第２の形態光学ユニット５ｂの構成において、プリズム付き拡散板１３とプリズム付き集光シート７との２つのプリズム１２，１４の集光作用により、広い入射角度の照明光を均一に液晶表示パネル２方向に出射することができるようになる。
そのため、従来は、輝度ムラの点から光学ユニットを線状光源３に近づけることができなかったが、第２の形態の光学ユニット５ｂにすることにより、光学ユニット５ｂを線状光源３に近づけることができるようになり、バックライト装置１及び液晶ディスプレイを薄型化することがでる。

（第３の形態の光学ユニット）
次に、図８を用いて、第３の形態の光学ユニット５ｃについて説明する。
図８に示すように、第３の形態の光学ユニット５ｃは、第２の形態の光学ユニット５ｂの第２のマイクロレンズ付き光学シート８の液晶表示パネル２側に、第３のマイクロレンズ付き光学シート１５と、偏光分離シート１６を配設した構造である。

第２の形態の光学ユニット５ｂは、拡散板１３と、複数のプリズム７，１３とを有するため、従来の構成に比べ輝度及び輝度の角度依存性が低下する場合があった。
そこで、液晶表示パネル２表示部に到達する照明光の輝度を向上することを目的として、第２の形態の光学ユニット５ｂに、第３のマイクロレンズ付き光学シート１５と、偏光分離シート１６を追加する。

ここで、偏光分離シート１６は、光の干渉の特性を利用して入射する照明光のうち液晶表示パネル２における光源側に位置する偏光フィルムで吸収されてしまう偏光成分を、選択的に反射し再利用することで見る角度に依存せず輝度を向上するものである。

第２のマイクロレンズ付き光学シート８から出射した照明光を第３のマイクロレンズ付き光学シート１５に入射させ、不要光を反射させると共に、集光及び拡散を再度行わせる。
更に、第３のマイクロレンズ付き光学シート１５を出射した照明光を偏光分離シート１６に入射させ、入射光のうち液晶表示パネル２で利用可能なＰ偏光成分の光を透過し液晶表示パネル２に供給し、液晶表示パネル２で利用しないＳ偏光成分を反射し光源３方向に戻す。
光源３方向に反射された光は、散乱及び反射板４での反射で偏光方向が乱れた後に、再度偏光分離シート１６に入射し、Ｐ偏光成分の光が液晶表示パネル２に供給される。
このように、反射された光を再度利用することにより、光の利用率が向上する。
偏光分離シート１６を出射した照明光はＰ偏光成分であり、ほぼ全ての光が液晶表示パネル２で利用可能となっているため、液晶表示パネル２の表示領域での輝度が向上する。

（実施例）
以下、本発明の実施例について第３の光学ユニット５ｃの構造を用いたバックライト装置１で説明する。
図９は、第３の光学ユニット５ｃを用いたバックライト装置１の部分断面図である。

図９に示すバックライト装置１は、平面形状が長方形であり、複数本の線状の光源３と、光源を出射した照明光の輝度ムラなどの特性を向上する光学ユニット５ｃと、光源を出射した照明光のうち光学ユニット５ｃと反対方向に出射した光を光学ユニット方向に反射する反射板４と、光源３，反射板４及び光学ユニット５ｃを固定し保持する板金１７とを有する。

ここで、光源３には、３ｍｍ程度の細径の小型蛍光管である冷陰極管を複数本用いた。
また、各光源３の間隔Ｌは、２４ｍｍとし、光源３中心から光学ユニット５ｃの最も光源に近い面までの光学ユニット距離Ｈを、５ｍｍとした。
更に、反射板４は、表面が白色であり、光源３対向する面は平面であり板金１７と固定されている。反射板４の側面は、光源３から側面方向に出射した光を光学ユニット５ｃ方向へ導くため、光学ユニット５ｃ側が広がるように傾斜して設置されている。

更に、光学ユニット５ｃは、光源３に近い側からプリズム付き拡散板１３と、第１のマイクロレンズ付き光学シート６、プリズム付き集光シート７と、第２のマイクロレンズ付き光学シート８と、第３のマイクロレンズ付き光学シート１５と、偏光分離シート１６とがこの順で順次積重なるように配設されている。

プリズム付き拡散板１３としては、厚さが２ｍｍで、プリズムの頂角が１００度、プリズムのピッチが７０μｍのものを用いた。
第１，第２，及び第３のマイクロレンズ付き光学シート６，８，１５としては、図４に示すようなレンズ径を複数有する構造とし、厚さは２００μｍでレンズ径が４０〜８０μｍで、レンズ高さが２０〜４０μｍものを用いた。
また、プリズム付き拡散板１３は、プリズムの長手方向が線状光源３の長手方向と並行となるように配設される。

プリズム付き集光シート７としては、厚さが２８０μｍで、プリズムの頂角が９０度、プリズムのピッチが５０μｍのものを用いた。
偏光分離シート１６としては、厚さが４００μｍで、入射光のうちＰ偏光成分を透過し、Ｓ偏光成分を反射するものを用いた。
また、プリズム付き集光シート７は、プリズムの長手方向が線状光源３の長手方向と並行となるように配設される。

このようにして形成されたバックライト装置１の輝度ムラの角度依存性の評価方法及び評価結果を図１０乃至図１３に示す。
バックライト装置１に依存する輝度ムラの角度依存性は、バックライト装置１の長辺方向の切断面（線光源と並行する方向）には影響が無いため、短辺方向の切断面（線光源と直交する方向）のみ測定を行った。
また、輝度ムラの角度依存性及び、輝度の角度依存性の評価は、図１０に示す測定法により行った。

図１０は、輝度ムラの角度依存性の測定方法であり、バックライト装置１の光学ユニット５ｃの光源３と反対面に距離を隔てて対向する位置に、２次元色彩輝度計１８を設置する。
２次元色彩輝度計１８がバックライト装置１の光出射面と直交する位置を０度として、測定は、０度の位置と、その位置からバックライト装置１の短辺方向に２次元色彩輝度計１８を４５度傾斜させた位置とで行った。

比較例として、拡散板１０５、第１の拡散シート１０６、集光シート１０７、及び第２の拡散シート１０８を有する光学ユニット１０４から形成された従来のバックライト装置１０１の評価を同時に行った。
従来のバックライト装置は、光学ユニット距離Ｈを通常の１５ｍｍから薄型化した５ｍｍに変更した状態にて測定を行なった。
また、本発明のバックライト装置１と従来のバックライト装置１０１とでは、線状光源３，１０２は、同一の物であり、光源間隔Ｌは２４ｍｍで、同一本数を用いて測定を行っている。

図１１（ａ）に、０度における従来のバックライト装置１０１での輝度ムラ測定結果を示す。
図１１（ａ）の結果は光学ユニット距離Ｈが５ｍｍの状態での結果であり、光学ユニット１０４が線状光源１０２に近づいたため、バックライト装置１０１から出射される照射光の輝度の最大量（Ｋｍａｘ）と輝度の最小量（Ｋｍｉｎ）との差である輝度ムラ（Ｋｍａｘ−Ｋｍｉｎ）が大きくなっている。
また、照射光の輝度の最大量（Ｋｍａｘ）は、線状光源１０２の直上位置であり、輝度の最小量（Ｋｍｉｎ）は線状光源１０２と線状光源１０２との中間位置である１２ｍｍ（Ｌ／２）の位置になる。

図１１（ｂ）に、０度における本発明のバックライト装置１での輝度ムラ測定結果を示す。
従来例と同様の光学ユニット距離Ｈが５ｍｍで測定を行っているが、輝度ムラ（Ｋｍａｘ−Ｋｍｉｎ）が従来例と比較して低減しているのが分かる。

これは、図１１（ａ），（ｂ）の模式図に示すように、本発明のバックライト装置１においては、線状光源３直上の輝度は反射，散乱等により従来例に比較して低減している。
一方、線状光源３の中間位置に近づくに従い、光の利用率（入射光／出射光）が高まり、輝度が従来例に比較して高くなっている。これらによって、バックライト装置１から出射した照明光の輝度ムラが低減する。

次に、図１２を使って、従来のバックライト装置１０１と本発明のバックライト装置１との、光学ユニット距離Ｈと輝度ムラとの関係を再度説明する。
図１２のＸ軸は、光学ユニット距離Ｈを示し、Ｙ軸は輝度ムラ（Ｋｍａｘ−Ｋｍｉｎ）を示す。Ｙ軸は、高くなるほど輝度ムラ（Ｋｍａｘ−Ｋｍｉｎ）が大きな状態を示す。

図１２に示すように、従来のバックライト装置１０１を光学ユニット距離Ｈが１５ｍｍの位置に設置して測定した輝度ムラと、本発明のバックライト装置１を光学ユニット距離Ｈが５ｍｍの位置に設置して測定した輝度ムラとは、ほぼ同等の輝度ムラ（Ｍ２）になる。
一方、従来のバックライト装置１０１の光学ユニット距離Ｈを５ｍｍに近づけた場合、輝度ムラは悪化する（Ｍ１）。

また、図１２のグラフに載せているＭ１及びＭ２の輝度ムラの状態の写真を見ても分かるように、Ｍ２の輝度ムラが良い状態の写真では均一な分布を示しているのに対し、Ｍ１の輝度ムラが悪い状態の写真では明るい部分（白）と暗い部分（黒）とが、はっきり認識できる。また、この明るい部分（白）は、光源３，１０２の位置に一致している。

次に、図１３を用いて輝度ムラの角度依存性について説明する。
図１３（ａ）は、本発明のバックライト装置１（光学ユニット距離Ｈ＝５ｍｍ）を用いて、２次元色彩輝度計１８の角度を０度と４５度とにした場合の輝度分布を示す図である。
図１３（ａ）のＸ軸は、バックライト装置１の短辺方向の切断面（線光源と直交する方向）の位置を示し、Ｓ１は２次元色彩輝度計１８がバックライト装置１と正対する位置にある図１０の光源３ａの位置に対応する。また、Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４及びＳ５は、それぞれ図１０の３ｂ，３ｃ，３ｄ及び３ｅにそれぞれ対応する。
図１３（ａ）のＹ軸は、２次元色彩輝度計１８で測定した輝度を示す。

また、比較として図１３（ｂ）に、従来のバックライト装置１０１を、光学ユニット距離Ｈを５ｍｍに近づけた場合の輝度ムラの角度依存性の測定結果を示す。

図１３（ｂ）によれば、従来のバックライト装置１０１においては、バックライト装置１０１から出射する照明光の輝度ムラは、０度での測定結果の場合と同様４５度での測定結果においても、光学ユニット距離Ｈが近いため悪い状態であることがわかる。
一方、図１３（ａ）によれば、０度での測定結果の場合と同様４５度での測定結果においても輝度ムラが低減していることが分かる。

更に、本発明のバックライト装置１を用いた液晶モジュール１９及び、液晶ディスプレイ２０について説明する。

図１４は、本発明の光学ユニット５を用いた液晶モジュール１９を示す斜視展開図である。
図１４に示すように、液晶モジュール１９は、光源３，反射板４及び板金１７を有するバックライトアセンブリ２１と、バックライトアッセンブリ２１上に形成された光学ユニット５と、光学ユニット５を固定するパネルシャーシ２２と、液晶パネル２３と、液晶パネル２３を固定するベゼル２４を有し、これらを順次組立てることにより形成される。
更に、光学ユニット５は、図１３に示すように、バックライトアッセンブリ２１側からプリズム付き拡散板１３と、第１のマイクロレンズ付き光学シート６、プリズム付き集光シート７と、第２のマイクロレンズ付き光学シート８と、第３のマイクロレンズ付き光学シート１５と、偏光分離シート１６とが順次重ねられて形成される。この光学ユニット５の構成は、一例であり、光学ユニット５として、第１の形態の光学ユニット５ａ，第２の形態の光学ユニット５ｂ及び第３の形態の光学ユニット５ｃのいずれの構成でも使用することができる。

図１５は、本発明のバックライト装置１を用いた液晶ディスプレイ２０の斜視図である。
液晶ディスプレイ２０は、液晶モジュール１９に液晶パネル２３の駆動回路等の電気回路及び入出力端子を取付け、筐体に組み込んだものである。

以上、説明したように、本発明によれば、液晶ディスプレイ２０の表示画面が大画面化した場合においても、輝度を低下することなく、輝度ムラを低減することができた。
また、線状光源３と光学ユニット５との距離を１５ｍｍ程度から５ｍｍと狭くし、液晶ディスプレイ２０を薄型化した場合においても、線状光源３の数を増加させること無く、輝度の低下を抑制すると共に、輝度ムラを低減することができた。
また、バックライト装置１に直交する方向ばかりでなく、斜め方向に出射される照明光についても輝度ムラを低減することができた。
また、線状光源３の数を増加させないので、駆動部のインバータ基板回路の部品増加が無く、コストの上昇や消費電力の増加を極力抑えることができた。

本発明に係るバックライト装置の実施例を示す断面図である。 本発明に係る第１の形態の光学ユニットの実施例を示す断面図である。 本発明に係るマイクロレンズ付き光学シートの実施例を示す部分平面図及び部分断面図である。 本発明に係るマイクロレンズ付き光学シートの別の形態の実施例を示す部分平面図及び部分断面図である。 本発明に係るプリズム付き集光シート７の実施例を示す部分平面図及び部分断面図である。 本発明に係る第２の形態の光学ユニットの実施例を示す断面図である。 本発明に係るプリズム付き拡散板の実施例を示す部分平面図及び部分断面図である。 本発明に係る第３の形態の光学ユニットの実施例を示す断面図である。 本発明に係るバックライト装置の実施例を示す部分断面図である。 本発明に係るバックライト装置の光学特性の評価方法を示す概略図である。 本発明に係るバックライト装置の輝度ムラの発生を説明する概略図である。 本発明に係るバックライト装置の輝度ムラの光学ユニット距離依存性を示すグラフである。 本発明に係るバックライト装置の輝度ムラの角度依存性を示すグラフである。 本発明に係る液晶モジュールを示す斜視展開図である。 本発明に係る液晶ディスプレイを示す斜視図である。 従来のバックライト装置を示す断面図である。

符号の説明

１…バックライト装置、２…液晶表示パネル、３…光源、４…反射板、５…光学ユニット、５ａ…第１の形態の光学ユニット、５ｂ…第２の形態の光学ユニット、５ｃ…第３の形態の光学ユニット、６…第１のマイクロレンズ付き光学シート、７…プリズム付き集光シート、８…第２のマイクロレンズ付き光学シート、９…シート状の基材、１０…マイクロレンズ、１１…シート状の基材、１２…プリズム、１３…プリズム付き拡散板、１４…プリズム部、１５…第３のマイクロレンズ付き光学シート、１６…偏光分離シート、１７…板金、１８…２次元色彩輝度計、１９…液晶モジュール、２０…液晶ディスプレイ、２１…バックライトアセンブリ、２２…パネルシャーシ、２３…液晶パネル、２４…ベゼル

Claims (6)

1. 液晶ディスプレイのバックライト装置に用いられ、複数の光学部材からなり、光源からの光を透過する光学ユニットにおいて、
   光源から出射した光の光路上に、
   一面に略半球体又は略半楕円体の複数のマイクロレンズを有する第1の集光拡散手段と、
   一面に断面が鋸歯状の突条プリズムを有する集光手段と、
   一面に略半球体又は略半楕円体の複数のマイクロレンズを有する第２の集光拡散手段と、
   をこの順で順次配設し、
   各前記一面は、当該光学ユニットの光の出射側とされていることを特徴とする光学ユニット。
2. 液晶ディスプレイのバックライト装置に用いられ、複数の光学部材からなり、光源からの光を透過する光学ユニットにおいて、
   光源から出射した光の光路上に、
   入射した光を散乱する機能を有すると共に、一面に断面が鋸歯状の突条プリズムを有する散乱集光手段と、
   一面に略半球体又は略半楕円体の複数のマイクロレンズを有する第1の集光拡散手段と、
   一面に断面が鋸歯状の突条プリズムを有する集光手段と、
   一面に略半球体又は略半楕円体の複数のマイクロレンズを有する第２の集光拡散手段と、
   をこの順で順次配設し、
   各前記一面は、当該光学ユニットの光の出射側とされていることを特徴とする光学ユニット。
3. 液晶ディスプレイのバックライト装置に用いられ、複数の光学部材からなり、光源からの光を透過する光学ユニットにおいて、
   光源から出射した光の光路上に、
   入射した光を散乱する機能を有すると共に、一面に断面が鋸歯状の突条プリズムを有する散乱集光手段と、
   一面に略半球体又は略半楕円体の複数のマイクロレンズを有する第1の集光拡散手段と、
   一面に断面が鋸歯状の突条プリズムを有する集光手段と、
   一面に略半球体又は略半楕円体の複数のマイクロレンズを有する第２の集光拡散手段と、
   一面に略半球体又は略半楕円体の複数のマイクロレンズを有する第３の集光拡散手段と、
   入射した光を２種類の直線偏光状態の光に分離し、分離された一方の直線偏光状態の光を透過し、他方の直線偏光状態の光を反射する偏光分離手段と、
   をこの順で順次配設し、
   各前記一面は、当該光学ユニットの光の出射側とされていることを特徴とする光学ユニット。
4. 請求項１乃至３のいずれか１項に記載の光学ユニットにおいて、
   光源と、
   前記光学ユニットに対して前記光源を挟んで対向する位置に配設された反射板と、
   を有することを特徴とするバックライト装置。
5. 請求項４記載のバックライト装置と、
   前記バックライト装置における前記光源に対して前記光学ユニットを挟んで対向する位置に配設された液晶パネルを有することを特徴とする液晶モジュール。
6. 請求項５記載の液晶モジュールと、
   前記液晶モジュールを駆動する液晶駆動回路と、
   を有することを特徴とする液晶ディスプレイ。
   
   
   

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