JP2009244416A - 光学部品、バックライトユニット及び表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】画面にランプイメージを殆ど生じることなく明るい表示が可能な薄型の表示装置を実現するのに有利な技術を提供する。
【解決手段】光学部品５２は、一方の主面にレンズ又はプリズムを各々が構成している複数の凸部１６が設けられた光学機能層１と、一方の主面の少なくとも一部が空隙部を間に挟んで前記光学機能層１の他方の主面と向き合い、透明材料と、前記透明材料中に分布し、前記透明材料とは屈折率が異なる複数の領域とを含んだ拡散層２６と、一方の主面が前記拡散層２６の他方の主面と向き合い、他方の主面にレンズ又はプリズムを各々が構成している複数の凸部２８が設けられ、前記光学機能層１及び前記拡散層２６と比較して吸水率がより小さい拡散透過層２３，２８とを具備したことを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、表示技術に関する。

特許文献１には、液晶表示装置のバックライトユニットにおいて使用する光学部品が記載されている。この光学部品は、各々がレンズを構成している複数の凸部が前面に設けられた光学機能層と、その背面と向き合った拡散層と、それらの間に介在した反射層とを含んでいる。反射層には、レンズの中央部に対応した位置に開口が設けられている。

この光学部品の拡散層を照明すると、拡散層は散乱光を放出する。この散乱光のうち、レンズの中央部に向けて進行する光は光学機能層に入射し、レンズの周縁部に向けて進行する光は反射層によって反射される。反射層によって反射された散乱光は、拡散層によって更に散乱されることなどによって進行方向を変化させ、最終的には光学機能層に入射する。光学機能層に入射した散乱光は、レンズによって広がり角を制御されて、光学機能層から射出される。

これから明らかなように、反射層は、レンズの周縁部への散乱光の入射を抑制する。それゆえ、この光学部品は、レンズの周縁部と空気層との界面での反射に起因して広角側へ出射する光が少ない。また、上記の通り、反射層が反射した光は、最終的にはレンズの中央部に入射する。従って、この光学部品を使用すると、所望の指向性と高い光利用効率とを達成することができる。

ところで、大型の液晶表示装置の多くは、光源として複数の冷陰極管又はＬＥＤ（light-emitting diode）を含んだ直下型バックライトユニットを使用している。直下型バックライトユニットを使用すると、画面全体に亘って明るい表示が可能である。

直下型バックライトユニットを使用した場合、光源の配列に対応した輝度ムラを生じ易い。即ち、直下型バックライトユニットを使用した場合、画面にランプイメージが現れ易い。そのため、直下型バックライトユニットでは、エッジ型バックライトユニットで使用しているものと比較して、拡散能がより高い拡散層を使用している。

拡散層は、通常、透明材料とその中に分布した複数の透明粒子とからなる。このような拡散層は、例えば厚くすることにより、直下型バックライトユニットでの使用に十分な拡散能を達成する。

しかしながら、この拡散層は、厚くすると全光線透過率が低下する。即ち、画面にランプイメージを生じることなしに明るい表示を行うことは難しい。

加えて、液晶表示装置は、薄型化の傾向にある。そのため、バックライトユニットには、これに使用される光学部品の薄型化と部品間の距離の短縮とが要求されている。
特開２００７−２１３０３５号公報

本発明の目的は、画面にランプイメージを殆ど生じることなく明るい表示が可能な薄型の表示装置を実現するのに有利な技術を提供することにある。

本発明の第１側面によると、一方の主面にレンズ又はプリズムを各々が構成している複数の凸部が設けられた光学機能層と、一方の主面の少なくとも一部が空隙部を間に挟んで前記光学機能層の他方の主面と向き合い、透明材料と、前記透明材料中に分布し、前記透明材料とは屈折率が異なる複数の領域とを含んだ拡散層と、一方の主面が前記拡散層の他方の主面と向き合い、他方の主面にレンズ又はプリズムを各々が構成している複数の凸部が設けられ、前記光学機能層及び前記拡散層と比較して吸水率がより小さい拡散透過層とを具備したことを特徴とする光学部品が提供される。

本発明の第２側面によると、第１側面に係る光学部品と、前記光学部品を前記拡散透過層側から照明する光源とを具備したことを特徴とするバックライトユニットが提供される。

本発明の第３側面によると、第２側面に係るバックライトユニットと、前記光学部品を間に挟んで前記光源と向き合った表示パネルとを具備したことを特徴とする表示装置が提供される。

本発明によると、画面にランプイメージを殆ど生じることなく明るい表示が可能な薄型の表示装置を実現するのに有利な技術が提供される。

以下、本発明の態様について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、同様又は類似した機能を発揮する構成要素には全ての図面を通じて同一の参照符号を付し、重複する説明は省略する。

図１は、本発明の第１態様に係る表示装置を概略的に示す断面図である。
図１に示す表示装置７０は、透過型液晶表示装置である。この表示装置７０は、表示パネル３５とバックライトユニット５５とを含んでいる。表示装置７０は、拡散フィルム、プリズムシート及び偏光分離反射シートなどの他の部品を更に含んでいてもよい。

表示パネル３５は、液晶パネル３２と偏光板（偏光フィルム）３１及び３３とを含んでいる。液晶パネル３２は、例えば、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いる。偏光板３１及び３３は、液晶パネル３２の前面及び背面にそれぞれ貼り付けられている。

なお、「前面」は観察者側の面であり、「背面」はその裏面である。また、「前方」は背面側から前面側への方向であり、「後方」は前面側から背面側への方向である。

表示パネル３５は、複数の画素を含んでいる。各画素は、これに書き込まれる映像信号に応じて透過率が変化する。表示パネル３５は、例えば、その背面を白色光で一様に照明した状態で画素の透過率を制御することにより、任意の画像を表示する。

表示パネル３５は、本態様では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。即ち、表示装置７０は、半透過型液晶表示装置であってもよい。

或いは、液晶パネル３２を含んだ表示パネル３５の代わりに、他の表示パネルを使用してもよい。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５５は、表示パネル３５の背面側に設置されている。バックライトユニット５５は、バックライト本体４５と光学部品５２とを含んでいる。

バックライト本体４５は、複数の光源４１と反射層４３と図示しない支持体とを含んでいる。光源４１と反射層４３とは、支持体に支持されている。

光源４１としては、例えば、線光源を用いることができる。線光源としては、例えば、蛍光灯又は冷陰極管（ＣＣＦＬ）を使用することができる。光源４１として、点光源を用いてもよい。点光源としては、例えば、ＬＥＤを使用することができる。

反射層４３は、光源４１を間に挟んで表示パネル３５と向き合っている。典型的には、反射層４３は、樋形状を有している。反射層４３は、光反射性のフィルム又はシート、例えば白色のフィルム又はシートである。反射層４３は、金属板などの支持体上に形成された層であってもよい。

バックライト本体４５では、光源４１は、ほぼ全方位に光を放出する。反射層４３は、光源４１が後方に放出した光を前方Ｆへ反射する。そして、反射層４３は、図１に示すような樋形状を有している場合には、光源４１が側方に放出した光を前方Ｆへ反射する。従って、バックライト本体４５は、光源４１が放出した光のほぼ全てを前方Ｆへ進行させる。

光学部品５２は、光源４１と表示パネル３５との間に介在している。光学部品５２は、拡散部材２５とマスク層２２と光学機能層１とを含んでいる。拡散部材２５と光学機能層１とは、マスク層２２を間に挟んで一体化されている。

拡散部材２５は、拡散透過層と拡散層２６とを含んでいる。
拡散透過層は、光透過層２３と複数の凸部２８とを含んでいる。

光透過層２３は、凸部２８を間に挟んで光源４１と向き合っている。光透過層２３は、光透過性を有している層である。

光透過層２３は、典型的には、全光線透過率が拡散層２６の全光線透過率と等しいか又はそれよりも大きい。光透過層２３の全光線透過率は、例えば８０％以上である。全光線透過率が十分に大きければ、光透過層２３が前方（観察者側）Ｆへ射出する光の輝度が不十分となることがない。なお、全光線透過率は、日本工業規格ＪＩＳ Ｋ７３６１−１に準拠した測定値である。

光透過層２３は、拡散層２６と比較して拡散能が小さい。光透過層２３のヘイズ値は、例えば９５％以下である。ヘイズ値が大きい場合、凸部２８によって生じる光拡散効果が小さい。なお、ヘイズ値は、日本工業規格ＪＩＳ Ｋ７１３６に準拠した測定値である。

光透過層２３の材料としては、例えば、熱可塑性樹脂などの透明樹脂を使用することができる。そのような樹脂としては、例えば、ポリプロピレン樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリスチレン樹脂又はポリカーボネート樹脂を使用することができる。

光透過層２３は、無延伸であってもよく、一軸又は二軸に延伸されていてもよい。また、光透過層２３は、単層構造を有していてもよく、多層構造を有していてもよい。

光透過層２３は、上記の樹脂に加え、光拡散粒子を更に含んでいてもよい。但し、光透過層２３に光拡散粒子を含有させると、凸部２８によって生じる光拡散効果が小さくなる。従って、典型的には、光透過層２３には、光拡散粒子を含有させない。

凸部２８は、光透過層２３に支持されている。具体的には、凸部２８は、光透過層２３の背面２３ａ上で配列している。典型的には、凸部２８は一定のピッチで配列している。凸部２８は、拡散透過層の背面にレリーフ構造を形成している。

凸部２８の各々は、光学素子としてレンズ又はプリズムを構成している。凸部２８は、光透過層２３の背面２３ａ上で、一方向に配列していてもよく、複数方向に配列していてもよい。前者の場合、凸部２８の各々は、例えば、レンチキュラ若しくはシリンドリカルレンズ又は三角プリズムである。後者の場合、凸部２８の各々は、例えば、光透過層２３の背面２３ａに垂直な対称軸を有しているレンズ又は角錐状のプリズムである。

これら凸部２８は、例えば、複数のレンズを１次元又は２次元的に配列してなるレンズアレイを形成している。これら凸部２８は、複数のプリズムを１次元又は２次元的に配列してなるプリズムアレイを形成していてもよい。

これら凸部２８は、形状が同一であってもよく、異なっていてもよい。後者の場合、一部の凸部２８がレンズであり、残りの凸部２８がプリズムであってもよい。或いは、全ての凸部がレンズであり、一部の凸部と残りの凸部とで形状が異なっていてもよい。或いは、全ての凸部がプリズムであり、一部の凸部と残りの凸部とで形状が異なっていてもよい。ここでは、一例として、凸部２８は、形状が互いに等しいレンチキュラであり、一次元的に配列しているとする。

凸部２８は、例えば、光透過層２３の背面２３ａ上に、紫外線硬化樹脂などの放射線硬化樹脂を塗布し、この塗膜に型押ししながら紫外線などの放射線を照射することにより得られる。或いは、凸部２８は、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリスチレン及びポリカーボネートなどの熱可塑性樹脂又は熱硬化性樹脂を用いた射出成形法又は熱プレス成形法によって形成することもできる。凸部２８の材料は、光透過層２３の材料と同一であってもよく、異なっていてもよい。

拡散層２６は、光透過層２３及び凸部２８を間に挟んで光源４１と向き合っている。拡散層２６の背面２６ａは、光透過層２３の前面２３ｂと直接に又は図示しない接着剤層若しくは粘着剤層を介して接合されている。

拡散層２６は、透明材料と、この透明材料中に分布した複数の領域とを含んでいる。これら領域は、例えば、拡散層２６中でほぼ一様に分布している。

透明材料は、例えば熱可塑性樹脂及び熱硬化性樹脂などの透明樹脂である。この透明樹脂としては、例えば、ポリカーボネート、メタクリル−スチレン共重合体、アクリロニトリル−スチレン共重合体、ポリエチレンテレフタレート又はポリメチルメタクリレートを使用することができる。

透明材料中に分布している複数の領域は、透明材料とは屈折率が異なっている。これら領域は、例えば、光拡散粒子又は空孔である。

光拡散粒子としては、例えば、無機物又は樹脂からなる透明粒子を使用することができる。無機物からなる透明粒子としては、例えば、シリカ及びアルミナなどの酸化物からなる粒子を使用することができる。樹脂からなる透明粒子としては、アクリル樹脂、スチレン樹脂、アクリルスチレン樹脂若しくはそれらの架橋体；メラミンホルムアルデヒド樹脂；ポリテトラフルオロエチレン、ペルフルオロアルコキシ樹脂、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、ポリフルオロビニリデン及びエチレン−テトラフルオロエチレン共重合体などのフッ素樹脂；又はシリコーン樹脂からなる粒子を使用することができる。光拡散粒子として、これらの１種を単独で使用してもよく、これらの２種以上を混合して使用してもよい。また、光拡散粒子の形状は任意である。

透明材料及び光拡散粒子は、光透過層２３とは材料が異なっていてもよい。或いは、透明材料又は光拡散粒子は、光透過層２３と材料が同一であってもよい。

空孔は、例えば、熱可塑性樹脂とこれに分散させた粒子とを含んだ層を形成し、この層を適度に加熱しながら１軸又は２軸延伸することにより得られる。即ち、この層を適度に加熱しながら延伸することにより、熱可塑性樹脂と粒子との間に隙間を生じさせ、この隙間を空孔として利用することができる。

この熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリカーボネート、メタクリル−スチレン共重合体、アクリロニトリル−スチレン共重合体、ポリエチレンテレフタレート又はポリメチルメタクリレートを使用することができる。

熱可塑性樹脂に分散させる粒子としては、例えば、酸化チタン及び硫酸バリウムなどの無機粒子を使用することができる。或いは、延伸時に熱可塑性樹脂と比較して十分に硬質であれば、熱可塑性樹脂に分散させる粒子として、この熱可塑性樹脂に対して非相溶性の樹脂粒子を使用してもよい。

拡散層２６の全光線透過率は、例えば、４０％乃至８０％の範囲内にある。全光線透過率が小さすぎると、前方Ｆへ光を十分に射出させることができない。全光線透過率が大きすぎると、十分な拡散能が得られず、それゆえ、均一な面内輝度を達成できない。

拡散層２６のヘイズ値は、例えば９８％以上である。ヘイズ値が小さい場合、十分な拡散能が得られず、それゆえ、均一な面内輝度を達成できない。

透明材料中に分布させる複数の領域として光拡散粒子を用いた場合、拡散層２６の厚さは、例えば０．１ｍｍ乃至５ｍｍの範囲内とする。拡散層２６が薄すぎる場合、十分な拡散能が得られない。拡散層２６が厚すぎる場合、十分な全光線透過率が得られない。

透明材料中に分布させる複数の領域として空孔を用いた場合、拡散層２６の厚さは、例えば２５μｍ乃至５００μｍの範囲内とする。拡散層２６が薄すぎる場合、拡散層２６の腰が弱く、皺を発生し易い。拡散層２６が厚すぎる場合、十分な全光線透過率が得られない。

拡散層２６は、拡散透過層と比較して吸水率がより大きい。なお、「吸水率」は、日本工業規格ＪＩＳ Ｋ７２０９：２０００（ＩＳＯ６２：１９９９）「プラスチック−吸水率の求め方」に記載されたＡ法に従って初期乾燥直後における試験片の質量ｍ₁と水中へ浸漬させた直後における試験片の質量ｍ₂とを測定し、質量ｍ₂と質量ｍ₁との差を質量ｍ₁で割ることにより得られる値を百分率で表示したものである。

ここで、拡散部材２５について、更に詳しく説明する。
図２は、拡散部材における光の経路を示す断面図である。なお、図２において、参照符号２８ａは凸部２８の頂部を示し、参照符号２８ｂは凸部２８の側面又は傾斜面２８ｂを示し、参照符号２８ｃは凸部２８の底面を示している。そして、参照符号３０は、側面２８ｂと凸部２８の底面との接合位置を示している。

上記の通り、バックライト本体４５は、光源４１が放出した光のほぼ全てを前方Ｆへ進行させる。前方Ｆへ進行する光Ｈは、レンズを構成している凸部２８に入射する。これらレンズの焦点が光透過層２３の背面２３ａと前面２３ｂとの間に位置している場合、レンズに入射した光は、図２に矢印Ｌで示すように光透過層２３内で集束及び発散して、拡散層２６に入射する。従って、光透過層２３及び凸部２８を省略した場合と比較して、拡散層２６に対してより均一に及び／又はより多様な方向から光を入射させることができる。それゆえ、拡散層２６を薄くした場合であっても、光強度の面内ばらつきを生じ難く、また、観察角度依存性が過剰に大きくなることがない。特に、以下に数式を用いて説明する構成を採用すると、拡散層２６を薄くすることに伴う光強度の面内ばらつき及び観察角度依存性増大を更に生じ難くすることができる。

即ち、凸部２８のうち１方向に配列したものの頂部２８ａを通り、それら凸部２８の配列方向と光透過層２３の厚さ方向とに平行な断面に着目する。図２に示す断面は、そのような断面の１つである。そして、この断面において、凸部２８の各々の側面２８ｂがその底面２８ｃとの接合位置３０で先の底面に対して為す角度、即ち、接合位置３０における凸部２８の接線ｌが凸部２８の底面２８ｃに対して為す角度をθとし、それら凸部のピッチをＰとする。これら角度θ及びピッチＰと光透過層２３の厚さＴ及び屈折率ｎとが下記不等式に示す関係を満足するように、凸部２８及び光透過層２３を設計する。

この設計を採用すると、レンズの焦点から光透過層２３の背面２３ａまでの距離は、レンズの焦点から光透過層２３の前面２３ｂまでの距離と比較してより短くなる。それゆえ、例えば、光透過層２３の背面２３ａに向けて垂直方向から光Ｈを平行ビームとして照射すると、各レンズに入射した光ビームは、拡径して拡散層２６に入射する。その結果、或るレンズを透過した光ビームとその隣のレンズを透過した光ビームとは、拡散層２６の背面２６ａ上で部分的に重なり合う。それゆえ、この構成を採用すると、拡散層２６を薄くすることに伴う光強度の面内ばらつきと観察角度依存性の増大とを更に生じ難くすることができる。

このように、凸部２８及び光透過層２３を設けると、拡散層２６を薄くした場合であっても、光強度の面内ばらつきと観察角度依存性とが過剰に大きくなるのを十分に防止できる。そして、この効果は、拡散透過層を薄くした場合であっても、凸部２８と光透過層２３とに適当な設計を採用することにより得ることができる。

また、凸部２８と光透過層２３とからなる拡散透過層は、拡散部材２５の全光線透過率に殆ど影響を及ぼさない。例えば、拡散透過層を追加することに伴う拡散部材２５の全光線透過率の減少は数％である。この値は、拡散層２６を薄くすることに伴う全光線透過率の増加と比較して小さい。

この拡散部材２５において、ピッチＰは任意である。但し、ピッチＰが大きすぎる場合には、上記不等式に示す関係を満足させるために、厚さＴを大きくしなくてはならない。製造効率及び製造コストなどを考慮すると、厚さＴが大きいことは好ましくない。ピッチＰは、例えば０．５ｍｍ以下とし、好ましくは０．２ｍｍ以下とする。

光学機能層１は、マスク層２２を間に挟んで拡散層２６と向き合っている。光学機能層１は、光透過層１７と複数の凸部１６とを含んでいる。

光透過層１７は、光透過性を有している層である。光透過層１７の背面１７ａ及び前面１７ｂは、ほぼ平坦である。

光透過層１７の材料としては、例えば、熱可塑性樹脂又は熱硬化性樹脂を使用することができる。熱可塑性樹脂又は熱硬化性樹脂としては、例えば、ポリスチレン、ポリカーボネート、メタクリル−スチレン共重合体、アクリロニトリル−スチレン共重合体又はポリエチレンテレフタレートを使用することができる。

凸部１６は、光透過層１７に支持されている。具体的には、凸部１６は、光透過層１７の前面１７ｂ上で配列している。典型的には、凸部１６は一定のピッチで配列している。凸部１６は、光学機能層１の前面にレリーフ構造を形成している。

凸部１６の各々は、光学素子としてレンズ又はプリズムを構成している。凸部１６は、光透過層１７の前面１７ｂ上で、一方向に配列していてもよく、複数方向に配列していてもよい。前者の場合、凸部１６の各々は、例えば、レンチキュラ若しくはシリンドリカルレンズ又は三角プリズムである。後者の場合、凸部１６の各々は、例えば、光透過層１７の前面１７ｂに垂直な対称軸を有しているレンズ又は角錐状のプリズムである。

これら凸部１６は、例えば、複数のレンズを１次元又は２次元的に配列してなるレンズアレイを形成している。これら凸部１６は、複数のプリズムを１次元又は２次元的に配列してなるプリズムアレイを形成していてもよい。

これら凸部１６は、形状が同一であってもよく、異なっていてもよい。後者の場合、一部の凸部１６がレンズであり、残りの凸部１６がプリズムであってもよい。或いは、全ての凸部がレンズであり、一部の凸部と残りの凸部とで形状が異なっていてもよい。或いは、全ての凸部がプリズムであり、一部の凸部と残りの凸部とで形状が異なっていてもよい。ここでは、一例として、凸部１６は、形状が互いに等しいレンチキュラであり、一次元的に配列しているとする。

凸部１６は、例えば、凸部２８について説明したのと同様の方法により形成することができる。凸部１６の材料としては、例えば、紫外線硬化樹脂などの放射線硬化樹脂、熱可塑性樹脂又は熱硬化性樹脂を使用することができる。そのような樹脂としては、例えば、ポリスチレン、ポリカーボネート、メタクリル−スチレン共重合体、アクリロニトリル−スチレン共重合体又はポリエチレンテレフタレートを使用することができる。凸部１６の材料は、光透過層１７の材料と同一であってもよく、異なっていてもよい。

光学機能層１は、拡散透過層と比較して吸水率がより大きい。光学機能層１は、拡散層１６と吸水率が等しくてもよく、拡散層１６と比較して吸水率がより大きくてもよい。好ましくは、光学機能層１は、拡散層１６と比較して吸水率がより小さい。

マスク層２２は、光学機能層１と拡散層１６との間に介在している。マスク層２２は、凸部１６の頂部１６ａに対応した位置と、凸部１６の側面又は傾斜面１６ｂのうち頂部１６ａに隣接した領域に対応した位置とで開口している。マスク層２２は、光学機能層１と拡散層１６との間であってその開口に対応した位置に空隙部を形成している。マスク層２２は、拡散部材２５が前方へ射出する光のうち、凸部１６の頂部１６ａ及びその近傍へ向けて進行する光を透過させ、凸部１６間の谷部１３へ向けて進行する光を反射又は吸収する。

マスク層２２の材料としては、例えば遮光性の材料を使用することができる。遮光性の材料としては、金属反射性の材料又は白色材料を使用することが好ましい。こうすると、マスク層２２によって反射された光は、拡散層２６によって更に散乱されることなどによって進行方向を変化させ、最終的には光学機能層１に入射する。

マスク層２２は、例えば、光学機能層１上に形成することができる。例えば凸部１６がレンズを構成している場合、光学機能層１を前面側から照明すると、光透過層１７の背面１７ａ上では、凸部１６の配列に対応した光強度分布を生じる。例えば、この光強度分布をフォトリソグラフィに利用すれば、フォトマスクを使用することなしにマスク層２２を形成することができる。

なお、光学機能層１と拡散部材２５とは、例えば、両面テープを介してそれらの縁同士を貼り合せることによって一体化することができる。或いは、光学機能層１と拡散部材２５とは、接着剤を使用して貼り合せてもよい。

この光学部品５２では、上記の通り、拡散部材２５は、薄くした場合であっても、高い拡散能と高い全光線透過率とを達成する。そして、光学機能層１及びマスク層２２は、光学部品５２の全光線透過率に殆ど影響を及ぼすことなしに、光を更に拡散させると共に、光の広がり角を制御する。

それゆえ、この液晶表示装置７０では、光学部品５２が表示パネル３５へ向けて射出する光Ｋの強度分布を均一とし且つその広がり角を最適化することができる。従って、上述した技術を採用すると、画面にランプイメージを殆ど生じることなく明るい表示が可能な薄型の表示装置を実現することが可能となる。

なお、両面にレンズアレイ又はプリズムアレイを設けた光学部品は、モアレ干渉縞を生じることがある。しかしながら、上述した光学部品５２では、前面側のレンズ又はプリズムと背面側のレンズ又はプリズムとの間に拡散層２６が介在しているので、上記の理由でモアレ干渉縞が生じることはない。

また、この表示装置７０では、光透過層２３及び凸部２８からなる拡散透過層は、光学機能層１及び拡散層２６と比較して吸水率がより小さい。この構成を採用すると、光学部品５２の反りに起因した表示パネル３５の破壊を生じ難くすることができる。即ち、この構成は、表示装置７０の薄型化に有利である。

先の構成を採用すると表示パネル３５の破壊を生じ難くなる理由は、必ずしも明らかではないが、本発明者らは以下のように考えている。

液晶表示装置などの表示装置は、出荷から数ヶ月後に使用されることがある。そのため、液晶表示装置が含んでいる樹脂製の光学部品は、表示装置の出荷からその使用までの期間に又は光学部品の出荷から表示装置の使用までの期間に、比較的多量の水分を吸収する。例えば、バックライトユニットの光源と表示パネルとの間に設置される光学部品は、表示装置をその出荷後に始めて起動する時点で、多量の水分を吸収していることがある。

そのため、表示装置をその出荷後に始めて起動したときに、先の光学部品はバックライトユニットの光源によって加熱され、多量の水分が蒸発する。水分の蒸発は、光源側でより速く進行するため、光学部品は、表示パネル側の面が凸となるように反る。その結果、光学部品から表示パネルに圧力が加えられ、表示パネルの破壊を生じる。

この光学部品５２では、拡散層２６と光学機能層１との間に空隙部を設けている。この空隙部と光学部品５２の外部とを連絡する流路は狭いので、拡散層２６及び光学機能層１から空隙部への水分の蒸発は比較的生じ難い。それゆえ、光学機能層１が含んでいる水分は、主に表示パネル３５側の面から気相へと移行する。他方、拡散層２６が含んでいる水分は、主に拡散透過層を介して気相へと移行する。即ち、拡散層２６は、拡散透過層に水分を供給する役割を果たす。

この光学部品５２では、上記の通り、拡散層２６は、拡散透過層と比較して吸水率がより大きい。それゆえ、拡散透過層には、拡散層２６がほぼ完全に乾燥するまで拡散層２６から水分が供給される。従って、拡散透過層の乾燥速度は、拡散層２６の乾燥速度とほぼ等しくなる。また、上記の通り、光学機能層１は、拡散層２６と同様に拡散透過層と比較して吸水率がより大きいので、その乾燥速度を拡散層２６の乾燥速度とほぼ等しくすることができる。即ち、拡散透過層と拡散層２６と光学機能層１とで、乾燥速度をほぼ等しくすることができる。

従って、光学部品５２は、乾燥に起因した反りを生じ難い。それゆえ、この表示装置７０は、光学部品５２の反りに起因した表示パネル３５の破壊を生じ難い。

このように、光学部品５２は反りを生じ難いので、光学部品５２と光源４１との距離を短くすることや、光学部品５２と表示パネル３５との距離を短くすることが可能である。それゆえ、この光学部品５２の使用は、表示装置７０の薄型化に有利である。

この液晶表示装置７０が含んでいるバックライトユニット５５では、以下の構成を採用してもよい。
図３は、バックライトユニットに採用可能な構造の一例を概略的に示す平面図である。図３に示すバックライトユニット５５では、光源４１として線光源を使用し、凸部２８はレンチキュラを構成している。なお、図３において、ｍはレンチキュラの長さ方向を示し、ｎは光源の長さ方向を示している。

図３に示す構造では、レンチキュラの長さ方向ｍは、光源４１の長さ方向ｎに対して僅かに傾いている。方向ｍが方向ｎに対して為す角度θ₄₁を過剰に大きくすると、ランプイメージが生じるのを抑制する効果が小さくなる。角度θ₄₁は、例えば２０°以下とする。

角度θ₄₁が十分に小さければ、ランプイメージが生じるのを抑制する効果に角度θ₄₁が及ぼす影響は殆どない。即ち、現実的には、光源４１と拡散部材２５との位置合わせは不要である。それゆえ、この光学部品５２を使用すると、製造効率を向上させると共に、製造コストを低減することができる。

次に、本発明の第２態様について説明する。
図４は、本発明の第２態様に係る表示装置を概略的に示す断面図である。図５は、図４に示す表示装置が含んでいる光学機能層を概略的に示す斜視図である。

この表示装置７０は、以下の構成を採用したこと以外は図１及び図２を参照しながら説明した表示装置７０と同様である。即ち、この表示装置７０では、凸部１６は、その頂部１６ａにＶ字溝４が設けられたレンチキュラを構成している。そして、この表示装置７０では、マスク層２２を設ける代わりに、光学機能層１及び拡散層２６の周縁部間にスペーサ２９を介在させてそれらの間に空隙部１４を設け、拡散層２６の前面２６ｂ上に複数の凸部１９を配置している。なお、凸部１６の各々は、レンチキュラ以外のレンズを構成していてもよく、プリズムを構成していてもよい。

Ｖ字溝４の長さ方向は、レンチキュラの長さ方向と平行である。凸部１６が２次元アレイを形成している場合、凸部１６の少なくとも１つには複数のＶ字溝４を互いに交差するように設けてもよい。また、凸部１６に設ける溝は、Ｖ字溝４でなくてもよい。例えば、凸部１６には、Ｖ字溝の代わりにＵ字溝を設けてもよい。

スペーサ２９は、光学機能層１及び拡散層２６を互いから離間させて、それらの間に空隙部１４を形成する役割を果たしている。加えて、スペーサ２９は、光学機能層１及び拡散層２６を互いに対して固定するための部品又はその一部としての役割を果たしている。

ここでは、スペーサ２９は枠状部のみからなるが、スペーサ２９は、枠状部内に位置した１つ以上の柱状部を更に含んでいてもよい。或いは、スペーサ２９として、複数の柱状部を使用してもよい。或いは、スペーサ２９は、格子状であってもよい。

凸部１９の各々は、レンズ又はプリズムを構成している。典型的には、凸部１９は、拡散層２６の前面２６ｂ上で一定のピッチで配列している。

凸部１９は、拡散層２６の前面２６ｂ上で、一方向に配列していてもよく、複数方向に配列していてもよい。前者の場合、凸部１９の各々は、例えば、レンチキュラ若しくはシリンドリカルレンズ又は三角プリズムである。後者の場合、凸部１９の各々は、例えば、拡散層２６の前背面２６ｂに垂直な対称軸を有しているレンズ又は角錐状のプリズムである。

これら凸部１９は、例えば、複数のレンズを１次元又は２次元的に配列してなるレンズアレイを形成している。これら凸部１９は、複数のプリズムを１次元又は２次元的に配列してなるプリズムアレイを形成していてもよい。

これら凸部１９は、形状が同一であってもよく、異なっていてもよい。後者の場合、一部の凸部１９がレンズであり、残りの凸部１９がプリズムであってもよい。或いは、全ての凸部がレンズであり、一部の凸部と残りの凸部とで形状が異なっていてもよい。或いは、全ての凸部がプリズムであり、一部の凸部と残りの凸部とで形状が異なっていてもよい。ここでは、一例として、凸部１９は、形状が互いに等しいレンチキュラであり、一次元的に配列しているとする。

この表示装置７０では、上記の通り、凸部１６の頂部１６ａに溝４を設けている。それゆえ、溝４の側壁と空気層との界面における全反射を生じ、その結果、光のリサイクルを生じる。従って、このように溝４を設けると、溝４を省略した場合と比較してより高い輝度上昇効果を得ることができる。

そして、凸部１６の頂部１６ａに溝４を設けると、光強度スペクトルのサイドローブが小さくなる。加えて、凸部１６の頂部１６ａに溝４を設けると、観察方向を広角側に変化させたときに生じる急激な輝度低下（カットオフ）を緩和させることができる。

また、この表示装置７０では、上記の通り、光学機能層１と拡散層２６との間に空隙部１４を設け、拡散層２６の前面２６ｂ上に凸部１９を配置している。凸部１９は、屈折率が小さい空隙部１４と隣接しているので、拡散及び集光に関する設計の自由度が大きい。そして、この表示装置７０の構成要素は、上述した吸水率の関係を満足している。

従って、本態様においても、第１態様と同様に、画面にランプイメージを殆ど生じることなく明るい表示が可能な薄型の表示装置を実現することが可能となる。そして、この表示装置７０が含んでいる光学部品５２によると、例えば、１以上の光学利得を達成することができる。

なお、光学利得は、物体の拡散性を示す指標の１つである。光学利得は、物体に特定の光を照射したときの輝度を、完全拡散する拡散体に先の光を照射したときの輝度を１とした相対値として表した値である。測定対象物の拡散性が方向依存性を有している場合、方位毎に光学利得を求めることにより、その物体の拡散特性が得られる。或る方向についての光学利得が１以上であるということは、測定対象物がその方向に光を集める効果を持つことを意味し、その値が大きいほど集光効果が大きいことを示している。

＜例１＞
本例では、拡散透過層が光学部品５２の拡散能に及ぼす影響を調べた。
まず、図１に示す光学部品５２を製造した。ここでは、光学部品５２に以下の構成を採用した。

光透過層１７及び凸部１６の材料として、ポリエチレンテレフタレートを使用した。光透過層１７の厚さは７５μｍとした。凸部１６は、各々が、幅が１００μｍであり、高さが５０μｍのシリンドリカルレンズを構成するように形成した。

マスク層２２の材料としては、アクリル樹脂と二酸化チタン粒子との混合物を使用した。マスク層２２の厚さは１５μｍとした。マスク層２２には、凸部１６の頂部１６ａに対応して幅が５０μｍのスリットを設けた。

拡散層２６としては、ポリメチルメタクリレート樹脂と二酸化ケイ素粒子との混合物からなるシートを使用した。拡散層２６の厚さは２０００μｍとした。

光透過層２３及び凸部２８の材料としては、ポリプロピレンを使用した。光透過層２３の厚さは１０００μｍとした。凸部１２８は、各々が、幅は８０μｍであり、高さが３０μｍのシリンドリカルレンズを構成するように形成した。

次に、この光学部品５２の拡散能を調べた。具体的には、まず、この光学部品５２を用いて、図１に示す表示装置７０を製造した。ここでは、光源４１として、５本の冷陰極管を使用した。

次いで、この表示装置７０に白色画像を表示させ、駆動条件を一定としたまま、画面の全領域に亘って垂直方向の輝度を測定した。そして、このようにして得られた輝度分布データから、画面のうち冷陰極管に対応した領域における平均輝度を算出し、この平均輝度に対する輝度の分散σ²を求めた。その結果、標準偏差σは１％以下であった。

また、光透過層２３及び凸部２８を省略したこと以外は上記と同様の光学部品を製造した。そして、この光学部品についても、上述したのと同様の方法により拡散能を調べた。その結果、標準偏差σは約１％であった。

＜例２＞
本例では、拡散透過層、拡散層２６及び光学機能層１の吸水率が反りに及ぼす影響を調べた。

まず、図１に示す光学部品５２を複数製造した。各光学部品５２には、拡散透過層、拡散層２６及び光学機能層１の材料として下記表１に示す材料を使用し、それら材料の相違による光学的性能の相違が生じないように各構成要素の厚さ等を設計したこと以外は、例１で説明したのと同様の構成を採用した。なお、拡散透過層の厚さは０．１ｍｍ乃至３ｍｍの範囲内とし、拡散層２６の厚さは０．５ｍｍ乃至３ｍｍの範囲内とし、光学機能層１の厚さは０．１ｍｍ乃至０．５ｍｍの範囲内とした。

下記表１に、ここで使用した材料の略号と吸水率とを纏める。また、下記表２乃至４に、使用した材料の組み合わせを纏める。

次に、これら光学部品５２の各々を用いて、図１に示す３７型の液晶表示装置７０を製造した。各表示装置７０を、温度が６０℃であり、相対湿度が９５％の高温多湿環境中に１００時間放置し、その後、温度が２５℃であり、相対湿度が５０％の室内環境中で１００時間の点灯試験を行った。そして、点灯試験の期間中に生じた光学部品５２の最大反り量を測定した。その結果を、以下の表２乃至４に纏める。

表２乃至４には、最大反り量が１ｍｍ以下であった場合に「評価」の欄に「◎」を記入し、最大反り量が１ｍｍ乃至２ｍｍの範囲内にあった場合に「評価」の欄に「○」を記入し、最大反り量が２ｍｍを超えた場合に「評価」の欄に「×」を記入している。

表２乃至４に示すように、サンプル１乃至１６は、サンプル１７乃至３６と比較して最大反り量が小さかった。そして、サンプル１乃至４は、サンプル５乃至１６と比較して最大反り量が小さかった。

即ち、拡散層２６及び光学機能層１の吸水率を拡散透過層の吸水率と比較して大きくすることにより、最大反り量を小さくすることができた。そして、この場合、拡散層２６の吸水率を光学機能層１の吸水率と比較して大きくすることにより、最大反り量を更に小さくすることができた。

本発明の第１態様に係る表示装置を概略的に示す断面図。 拡散部材における光の経路を示す断面図。 バックライトユニットに採用可能な構造の一例を概略的に示す平面図。 本発明の第２態様に係る表示装置を概略的に示す断面図。 図４に示す表示装置が含んでいる光学機能層を概略的に示す斜視図。

符号の説明

１…光学機能層、４…溝、１３…谷部、１４…空隙部、１６…凸部、１６ａ…頂部、１６ｂ…傾斜面、１７…光透過層、１７ａ…背面、１７ｂ…前面、１９…凸部、２２…マスク層、２３…光透過層、２３ａ…背面、２３ｂ…前面、２５…拡散部材、２６…拡散層、２６ａ…背面、２６ｂ…前面、２８…凸部、２８ａ…頂部、２８ｂ…傾斜面、２８ｃ…底面、２９…スペーサ、３０…接合位置、３１…偏光板、３２…液晶パネル、３３…偏光板、３５…表示パネル、４１…光源、４３…反射層、４５…バックライト本体、５２…光学部品、５５…バックライトユニット、７０…表示装置。

Claims (7)

1. 一方の主面にレンズ又はプリズムを各々が構成している複数の凸部が設けられた光学機能層と、
   一方の主面の少なくとも一部が空隙部を間に挟んで前記光学機能層の他方の主面と向き合い、透明材料と、前記透明材料中に分布し、前記透明材料とは屈折率が異なる複数の領域とを含んだ拡散層と、
   一方の主面が前記拡散層の他方の主面と向き合い、他方の主面にレンズ又はプリズムを各々が構成している複数の凸部が設けられ、前記光学機能層及び前記拡散層と比較して吸水率がより小さい拡散透過層と
   を具備したことを特徴とする光学部品。
2. 前記光学機能層は前記拡散層と比較して吸水率がより小さいことを特徴とする請求項１に記載の光学部品。
3. 前記拡散透過層は、光透過層とその上で配列した複数の凸部とからなり、前記複数の凸部のうち１方向に配列したものの頂部を通り且つそれら凸部の配列方向と前記光透過層の厚さ方向とに平行な断面において、それら凸部の各々の側面がその底面との接合位置で前記底面に対して為す角度θ及びそれら凸部のピッチＰと、前記光透過層の厚さＴ及び屈折率ｎとは、下記不等式に示す関係を満足していることを特徴とする請求項１又は２に記載の光学部品。
   

   
4. 複数の開口が設けられ、前記拡散層と前記光学機能層との間に介在して前記複数の開口の位置に前記空隙部を形成しているマスク層を更に具備したことを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の光学部品。
5. 前記拡散層と前記光学機能層との間に介在して、それらの間に前記空隙部を形成しているスペーサと、
   前記拡散層の前記光学機能層と向き合った主面に支持され、レンズ又はプリズムを各々が構成している複数の凸部と
   を更に具備したことを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の光学部品。
6. 請求項１乃至５の何れか１項に記載の光学部品と、
   前記光学部品を前記拡散透過層側から照明する光源と
   を具備したことを特徴とするバックライトユニット。
7. 請求項６に記載のバックライトユニットと、前記光学部品を間に挟んで前記光源と向き合った表示パネルとを具備したことを特徴とする表示装置。

Images