JP2010049012A - 光学シート、バックライト及びディスプレイ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光路外に出射する無駄な光を低減して正面輝度が高く視認性を良くする。
【解決手段】光学シート１０は、基材１１に高さが一定の第一プリズム１２と高さが一定で第一プリズム１２より高さの低い第二プリズム１３とを交互に平行に配列した。第一プリズム１２の基材１１からの高さをＨ１とし、第二プリズム１３の基材１１からの高さをＨ２として、０．０５≦Ｈ２／Ｈ１≦０．６の範囲とする。Ｈ２／Ｈ１がこの範囲内であると、第二プリズム１３に入射するサイドローブ光の一部を第一プリズム１２に進入させて正面輝度を増大させ、光路外の光を低減できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば液晶表示部を用いたディスプレイ用バックライトにおける照明光路制御に使用される光学シート、この光学シートを備えたバックライト、このバックライトを備えたディスプレイ装置に関する。

近年、液晶パネルを使用した液晶表示装置（ＬＣＤ）がＯＡ分野のノート型パーソナルコンピュータやパーソナルコンピュータ用ディスプレイ，情報端末機器等の画像表示手段，大型画面テレビなどの情報家電の画像表示手段，さらには携帯電話や個人用携帯情報端末（PDA：Personal Digital Assistance）の画像表示手段として様々な分野で利用されてきている。
液晶表示装置に代表されるディスプレイ装置では、提供される情報を認識するのに必要な光源を内蔵しているタイプの普及が著しい。このような液晶表示装置は透過型であり、液晶パネルの背面側に光源を配設し、この光源からの光を面発光に変換して液晶パネルを照射する面光源装置、いわゆるバックライトが採用されている。

バックライトの方式には、大別して冷陰極管（ＣＣＦＴ：Cold Cathode Fluorescent Tube）等の光源を光透過性に優れたアクリル樹脂等からなる平板状の導光板の側端部に沿って取付け、光源からの光を導光板内で多重反射させる導光板ライトガイド方式（エッジライト方式）と、導光板を用いず液晶パネルの背面に光源を配置して光を照射する直下型方式とがある。
最近では、ノート型パーソナルコンピュータや携帯情報端末などに用いられる２０インチ以下の画面サイズの小型液晶表示装置には、低消費電力化が図れて薄型化の容易なエッジライト方式の採用が主流となり、２０インチ以上の画面サイズの中〜大型液晶表示装置では直下型方式の採用が主流となっている。

ラップトップコンピュータのような電池式液晶表示装置において、光源で消費する電力量は装置全体で消費する電力量の相当部分を占めている。従って、所定の輝度を提供するのに必要な総電力を低減することで電池寿命は増大することになり、これは電池式液晶表示装置には特に望ましいことである。
２０インチ以上の液晶表示装置に対しては、より薄型で、視野角依存性が低く、高輝度、かつ低消費電力であることが求められており、液晶表示装置に搭載されるバックライトもその実現に対処することが要求されている。

直下型方式のバックライトでは、光源として用いる冷陰極管（ＣＣＦＴ）やＬＥＤ（Light Emitting Diode）などが出射光を拡散させる拡散板を通して発光した光源の形状を直接視認できてしまう。そのため、拡散板は非常に光散乱性の強い樹脂板が用いられている。この拡散板は、強い拡散性を持たせるために通常１mm〜３mm程度の厚さが必要である。そのために拡散板での光吸収が少なからずあり、光源から液晶画面に到達する透過光量が減少して液晶画面表示が暗くなる問題がある。

この問題を解決する光学シートとして、米国３Ｍ社製の輝度強調フィルムＢＥＦ（登録商標：Brightness Enhancement Film）が広く使用されている。ＢＥＦは、図１０に示すように、基材１上に断面三角形状のプリズム２が一方向に周期的に配列されたフィルムからなる光学シート３である。このプリズム２は光の波長に比較して大きいサイズ（ピッチ）である。ＢＥＦは“軸外（off-axis）”からの光を集光し、この光を視聴者に向けて“軸上（on-axis）”に方向転換（redirect）または“リサイクル（recycle）”する。
ディスプレイ装置の使用時（観察時）に、ＢＥＦは軸外輝度を低下させることによって軸上輝度を増大させる。ここで言う「軸上」とは、視聴者の視覚方向に一致する方向であり、一般的にはディスプレイ画面に対する法線方向（図１０に示すＬａ方向）側である。

ＢＥＦに代表されるプリズム２の反復的アレイ構造を有する輝度制御部材としての光学シート３を採用したディスプレイ装置として、下記特許文献１乃至３に例示されるように多数のものが知られている。
図１１に示すディスプレイ装置はその一例であり、直下型方式のバックライトを備えている。即ち、ディスプレイ装置５は、陰極線管等と反射板を備えた光源部６の光出射方向にプリズム２が配列されたＢＥＦからなる光学シート３を配設する。そして、光学シート３から出射する光によって液晶表示素子７を透過させることで画像を観察できる。
なお、光学シート３におけるプリズム２の反復的アレイ構造が一方向のみの並列構成では、その並列方向での方向転換またはリサイクルのみが可能である。水平および垂直方向での表示光の輝度制御を行なうために、プリズム２の並列方向が互いに略直交するように２枚の光学シート３を直交する方向に位置させて重ねて用いられる。
このように、ＢＥＦからなる光学シート３の採用により、ディスプレイ設計者が電力消費を低減しながら所望の軸上輝度を達成することができるようになった。
特公平１−３７８０１号公報 特開平６−１０２５０６号公報 特表平１０−５０６５００号公報

上述のようにＢＥＦを輝度制御部材として用いた光学シート３では、図１１に示すように、光源部６からの光Ｌが、最終的に各プリズム２の射出面での屈折作用によって制御された角度φの範囲の出射光Ｘとして射出されることによって、視聴者の視覚方向Ｌａの光の強度を高めるように制御することができる。しかしながら、同時に反射／屈折作用による一部の光成分Ｙが視聴者の視覚方向Ｌａに進むことなく横方向の照明光路外に無駄に射出されてしまう欠点が残る。
このような光学シート３におけるプリズム２からの出射光の強度分布を示すと図１２に示すようになる。図において、中央（視野方向Ｌａに対する角度φ＝０°）を輝度の最も高いピークとする出射光Ｘの正規分布状をなす正面輝度の両側において角度φ＝９０°の近辺で一部の光成分Ｙが小さな輝度のピークを有するサイドローブ光として表れ、このサイドローブ光が液晶表示素子７における表示画像の照明光の光路外に射出してしまい、無駄な照明光となっていた。

本発明は、このような実情に鑑みて、光路外に出射する無駄な光を低減して、従来のものより輝度が高く視認性の良い光学シート、バックライト及びディスプレイ装置を提供することを目的とする。

本発明による光学シートは、シート状で光透過性を有する基材の光射出面側に複数のプリズム要素を配列してなる光学シートであって、プリズム要素は、高さが一定の第一プリズムと、高さが一定で第一プリズムより高さの低い第二プリズムとが、交互に平行に配列されていることを特徴とする。
本発明によれば、光学シートを透過する光のうち光路から外れる一部の光は第二プリズムで屈折させられて第一プリズムに進入し、光の入射側に戻って光源部で反射させられて再び光学シート側に入射させて光路に進入させることになる。そのため、光学シートを透過する光のうち光路から外れる光が低減させられ、光路内の輝度を向上できる。

また、第一プリズムの基材からの高さをＨ１とし、第二プリズムの基材からの高さをＨ２としたとき、０．０５≦Ｈ２／Ｈ１≦０．６の範囲であることが好ましい。
Ｈ２／Ｈ１がこの範囲内であれば、第二プリズムに入射する例えばサイドローブ光等の光を第一プリズムに進入させることによって光路内を通過する光を増大させると共に光路から外れる光を低減できる。

また、本発明による光学シートは、第一プリズムの頂部に凹部が形成されていることが好ましい。
これによって第二プリズムから第一プリズムに入射する光のうち、第一プリズムの頂部近くに進入する光を、凹部を挟んで再び第一プリズム内に進入させることができるから、第一プリズムの屈折率によって第一プリズムを介して光路外に逃げる光を再び第一プリズム内に進入させることができて、光路外に外れる光を一層低減して光路の輝度を向上できる。

また、第一プリズムの高さをＨ１とし、第二プリズムの基材からの高さをＨ２とし、第一プリズムの頂部から凹部の底部までの深さをＨ３としたとき、０．４≦Ｈ２／Ｈ１≦０．６且つ０．１≦Ｈ３／Ｈ１≦０．５であることが好ましい。
Ｈ２／Ｈ１とＨ３／Ｈ１がこの範囲内であれば、光路内の輝度を確実に向上できる。

また、第一プリズムの頂部における凹部間の間隔（距離）をＰ１とし、第二プリズムの幅に相当する間隔（距離）をＰ２としたとき、Ｐ１＝Ｐ２とすることが好ましい。
Ｐ１＝Ｐ２であってモアレ縞の間隔が最小となる値に設定することでモアレ縞が目立たなくなる。
なお、光学シートは押し出し成型法、ＵＶ成型法、射出成型法のいずれかで成型されることが好ましい。

本発明によるバックライトは、上述したいずれかの光学シートと、光学シートの光入射面側に配設された光源部とを備えることを特徴とする。
光源部から出射する光は光学シートに入射し、第一プリズムに入射する光は光路内を透過し、第二プリズムに入射する光は反射・屈折して第一プリズムに入射して光源部側に戻され、再度光学シートに向けて出射することになるため、第一プリズムに入射する光が増大して正面輝度が向上すると共に光路から外れるサイドローブ光は低減させることができる。
なお、光源部は、冷陰極蛍光ランプ、ＬＥＤ、ＥＬまたは半導体レーザーを有することが好ましい。

本発明によるディスプレイ装置は、上述したバックライトを備えると共に、光学シートの光出射面側に配設された画像表示素子を備えたことを特徴とする。
バックライトを透過する光は正面輝度が高く光路から外れる無駄な光が低減されるために、画像表示素子を照射する輝度を向上できる。

本発明による光学シート、バックライト、ディスプレイ装置によれば、第一プリズムと比較的高さの低い第二プリズムとを交互に配列したことで、従来のプリズムを用いた光学シート及びこれを含むバックライト等と比較して光路外へ無駄に射出される光を減らすことができ、より輝度が高く視認性が良いという効果を奏することができる。

次に本発明の実施形態による光学シートを添付図面により説明するが、上述の従来技術と同一または同様の部分、部材には同一の符号を用いて説明を省略する。
本発明の第一実施形態を図１乃至図３により説明する。図１は第一実施形態による光学シートを含むディスプレイ装置の要部縦断面図、図２は図１における光学シートの部分拡大図、図３は第一プリズムと第二プリズムの高さの比と周辺光の出射方向を示す説明図である。
図１に示すディスプレイ装置９は光源部６の光出射方向に光学シート１０が配設され、その光出射方向に画像表示素子として液晶表示素子７が配設されて構成され、光源部６と光学シート１０とでバックライト１４を構成する。
図１及び図２に示す第一実施形態による光学シート１０は、シート状の基材１１の一方の面に高さが一定である多数の第一プリズム１２が所定間隔で配列されている。しかも、隣接する第一プリズム１２、１２の間には、第一プリズム１２の高さよりも低く且つ幅が狭くて高さが一定である第二プリズム１３がそれぞれ配列されている。
第一プリズム１２は例えば二面の斜面１２ａ、１２ｂを備えた頂角が一定の縦断面視略三角形、図では略二等辺三角形とされ、それぞれ基材１１上に柱状に延びている。第二プリズム１３も同様に例えば二つの斜面１３ａ、１３ｂを備えた頂角が一定の縦断面視略三角形、図では二等辺三角形とされ、それぞれ基材１１上に柱状に延びている。第一プリズム１２と第二プリズム１３は交互に且つ互いに平行に配列されている。
第一プリズム１２には主として液晶表示素子７を照明する光路をなす正面輝度を形成する光が入射し、第二プリズム１３には主として上記光路を外れるサイドローブ光を形成する光が入射する。

そして、図３（ａ）に示す光学シート１０において、第一プリズム１２の基材１１から頂部ｃ１までの垂直方向の高さをＨ１とし、同じく第二プリズム１３の基材１１から頂部ｃ２までの高さをＨ２とし、第一プリズム１２の高さＨ１より小さい。
そして、上述のように第二プリズム１３でサイドローブ光を反射させて再利用するために、第一プリズム１２の高さＨ１と第二プリズム１３の高さＨ２との比Ｈ２／Ｈ１について、０．０５〜０．６の範囲に設定する。
図３（ｂ）に示すように、Ｈ２／Ｈ１が０．０５よりも小さい場合、第一プリズム１２に直接入射する光と比較して第二プリズム１３に直接入射する光が相対的に少ないため、第二プリズム１３を設けることによる効果が小さくなる。一方、図３（ｃ）に示すように、Ｈ２／Ｈ１が０．６よりも大きい場合、第二プリズム１３へ入射するサイドローブ光のうち、第二プリズム１３の一方の斜面１３ａで反射して第一プリズム１２に入射しないで光路外の側面方向へ失われてしまう光が増加するため、輝度の増加は得られない。

なお、光学シート１０は、材質として、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＣ（ポリカーボネイト）、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）等を用いる。光学シート１０の製造に際しては、光学シートの技術分野では良く知られている上述した熱可塑性樹脂を用いて、プレス成形または押し出し成形によって成形されたモノリシックな成形体として光学シート１０を得る。
または、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＰ（ポリプロピレン）、ＰＣ（ポリカーボネイト）、ＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）、ＰＥ（ポリエチレン）等を基材１１として、その上に紫外線固化樹脂を配置する紫外線キュアリング成型法によって第一プリズム１２及び第二プリズム１３を一体に形成しても良い。

本実施形態による光学シート１０は上述の構成を備えており、この光学シート１０を例えば図１に示すディスプレイ装置９に設置する。このディスプレイ装置９において、光源部６と光学シート１０とでバックライト１４を構成する。
そして、光学シート１０を含むディスプレイ装置５を用いて光学シート１０の作用を説明すると、光源部６から照射される光によって液晶表示素子７を透過観察する場合、光源部６から出射する光はほぼ平行光束として光学シート１０に基材１１から入射する。そして、第一プリズム１２に入射する光は、従来技術におけるプリズム２と同様にその多くは角度φの範囲で山形の斜面１２ａ、１２ｂから出射し、中央（視野方向Ｌａに対する角度φ＝０°）を輝度の最も高いピークとする略山形状の正規分布状の正面輝度となる（図９参照）。

また、第一プリズム１２から外れて第二プリズム１３に入射する光はサイドローブ光であり、その一部が第二プリズム１３の一方の斜面１３ａで反射して第一プリズム１２の一方の斜面１２ａから内部へ進入する。そして、第一プリズム１２内では他方の斜面１２ｂで反射して光源部６側へ戻される（図２参照）。
光源部６へ戻された光は光源の背面に設けた図示しない反射板によって反射され、再び光学シート１０へ入射する。そして、その一部の光は第一プリズム１２内に進入することになり、第一プリズム１２を射出して液晶表示素子７に入射する光路の光量が増大する。また、残りの一部の光は再びサイドローブ光として第二プリズム１３に入射するが、従来の光学シート３と比較して光路外となるサイドローブ光を低減でき、液晶表示素子７への光路を外れる光路外の光量は低減する。

上述のように本実施形態による光学シート１０によれば、従来の光学シート３では無駄に失われていたサイドローブ光について、第二プリズム１３を第一プリズム１２と交互に配設することによって有効に再利用して正面輝度に含ませることができ、従来の光学シート３と比べてサイドローブ光の光量を低減させて高い正面輝度を達成することができる。

次に本発明の第二実施形態による光学シートについて図４乃至図６により説明するが、第一実施形態による光学シート１０及びディスプレイ装置９と同一または同様な部材、部品については同一の符号を用いて説明を省略する。
図４は本第二実施形態による光学シートの構成を示す部分断面図、図５は光学シートの空間周波数と液晶表示素子の画素に基づくモアレ干渉縞の間隔との関係を示すグラフ、図６は第一プリズムにおける凹部のピッチと第二プリズムのピッチとを示す図である。
図４（ａ）に示す第二実施形態による光学シート２０において、第一実施形態による光学シート１０と同様に基材１１上に第一プリズム２１と第二プリズム１３が交互に平行に配列されて構成されている。そして、第一プリズム２１は、その断面略三角形の頂部が略Ｖ字状に切除されて凹部２２が形成された構成を有している。換言すれば、第一プリズム２１は第一実施形態における２つの第一プリズム１２が基材１１に沿って若干ずれて一体形成された輪郭構成を有しており、凹部２２で仕切られた二つの頂部ｃ１、ｃ１を備える共に凹部２２は断面視で底部の谷線ｃ１ａへ断面略Ｖ字状に傾斜する二枚の斜面２２ａ、２２ｂを有している。
そして、第一プリズム２１の各頂部ｃ１、ｃ１から基材１１までの高さはいずれも例えばＨ１（＞Ｈ２）で等しく、各頂部ｃ１、ｃ１から谷線ｃ１ａまでの深さ（高低差）はＨ３とされている。また、光学シート２０の単位プリズムは第一プリズム２１とその両側に位置する第二プリズム１３の頂部ｃ２までの長さのものをいい、これを１ピッチとする。

ここで、図４（ｂ）に示すように第一実施形態による光学シート１０において、第二プリズム１３に入射するサイドローブ光の一部はその斜面１３ａで反射して第一プリズム１２の頂部ｃ１近傍の斜面１２ａに入射するが、この光は第一プリズム１２内に所定の屈折率で進入しても第一プリズム１２の先端部で屈折して斜面１２ｂから側面方向に射出して光路外にでてしまうことがある。
これに対し、図４（ｃ）に示すように、第二実施形態による光学シート２０においては、第一プリズム２１の頂部に凹部２２を設けたから、第二プリズム１３に入射して斜面１３ａで反射して第一プリズム２１の一方の頂部ｃ１（符号２１Ａで示す）近傍の斜面１２ａに入射するサイドローブ光は、一方の頂部ｃ１内で屈折して凹部２２の一方の斜面２２ａから出射し、他方の斜面２２ｂから他方の頂部ｃ１（符号２１Ｂで示す）に入射して基材１１側に屈折する。そのため、光源部６方向に光を戻すことができる。
このように、第一プリズム２１の頂部に凹部２２を設けることで、第一プリズム２１の頂部近傍へ入射した光であっても光路外へ失うことなく効果的に再利用することが可能になる。しかも、第一実施形態の光学シート１０よりさらに光路の輝度を上げることが可能になる。

次に、本実施形態による光学シート２０の構成について更に詳述する。
図４（ａ）に示す第一プリズム２１の二つの頂部ｃ１，ｃ１の基材１１からの高さＨ１、各頂部ｃ１、ｃ１から凹部２２の谷線ｃ１ａまでの深さＨ３に関し、Ｈ３／Ｈ１を０．１以上０．５以下に設定することが望ましい。Ｈ３／Ｈ１がこの範囲内であれば、第二プリズム１３の斜面で反射して第一プリズム２１の一方の頂部ｃ１近傍に入射する光は他方の頂部ｃ１を経由して他方の斜面２１ｂで反射させ、更に光源部６側へ送られて再反射して正面輝度向上とサイドローブ光の低減に寄与する。
一方、Ｈ３／Ｈ１が０．５を超えた場合、第二プリズム１３の斜面１３ａで反射して第一プリズム２１の一方の頂部ｃ１（２１Ａ）近傍の斜面２１ａに入射する光の一部は、他の頂部ｃ１から第一プリズム２１に再入射することなく或いは他の頂部ｃ１近傍を経由して、側面方向へ失われるため、液晶表示素子７へ向かう光路の輝度向上を得られない。また、Ｈ３／Ｈ１が０．１に満たないと凹部２２を設けた効果が極めて小さい。
Ｈ２／Ｈ１については第一実施形態の光学シート１０と同様に設定されている。

ところで、図１に示すディスプレイ装置９に採用した光学シート２０において、液晶表示素子７を構成する液晶パネルには画素が規則的なピッチで配置されており、これら画素と光学シート２０を直接重ね合わせた場合、画素と光学シート２０の第一プリズム２１及び第二プリズム１３における山部及び谷部が干渉することでモアレ縞が発生する。
モアレ縞の発生は液晶表示画像の視認性を損ねてしまうため好ましくない。モアレ縞は、光学シート２０と液晶表示素子７との間に拡散シートを配設することで解消させることが可能であるが、コストを考慮すると拡散シートを設けない方が望ましい。モアレ縞は縞の間隔が十分に小さくなれば視認されなくなるため、縞の間隔が最小となるように光学シート２０の山部と谷部のピッチを適切に設定することでモアレ縞を目立たなくすることが可能である。このような構成について以下に説明する。

図５に示すグラフは、周期構造をもつ光学シート２０の空間周波数とモアレ干渉縞の間隔との関係を模式的に表したものである。モアレ縞の間隔の変化を示す凹曲線において、モアレ縞の間隔が最も小さくなったときの空間周波数はＦである。このときの光学シート２０の周期はＦの逆数１／Ｆとなる。
また、光学シート２０において、図６に示すように、第一プリズム２１の山部と谷部の間隔と、第二プリズム１３の山部と谷部の間隔とのパラメータがモアレ縞に大きな影響を与える。しかしながら、第一プリズム２１の全ての山部と谷部のピッチをピックアップして１／Ｆに一致させることはできないので、ここでは第一プリズム２１における凹部２２の頂部ｃ１、ｃ１間を山部と谷部としてその距離を間隔Ｐ１とし、第二プリズム１３における頂部ｃ２の山部を挟む両側の第一プリズム２１の谷部間の距離を間隔Ｐ２として用いるものとする。

そして、図５に基づいて、モアレ縞の間隔を小さくしてモアレ縞を目立たなくするための間隔Ｐ１、Ｐ２についての試験を個別に行った。
第一の試験として、第一プリズム２１の幅と凹部２２の深さＨ３を一定に保持して間隔Ｐ１を固定し、第二プリズム１３の高さＨ２を変化させ、高さＨ２の増大につれて第二プリズム１３の幅を増大させて間隔Ｐ２を増大させた場合、間隔Ｐ２によって発生するモアレ縞の間隔は図５に示す凹曲線に沿って変化する。そして、間隔Ｐ２がモアレ縞の間隔を示す凹曲線において最小値となる空間周波数Ｆの逆数１／Ｆに一致したときに発生するモアレ縞の間隔が最も小さくなる。
第二の試験として、第二プリズム１３の幅と高さＨ２を一定に保持して間隔Ｐ２を固定し、第一プリズム２１の深さＨ３を変化させて、深さＨ３の増大につれて第一プリズム２１の幅を増大させて間隔Ｐ１を増大させ、単位プリズムのピッチを増大させた場合、間隔Ｐ１によって発生するモアレ縞の間隔は同じく図５に示す凹曲線に沿って変化するから、間隔Ｐ１が凹曲線においてモアレ縞の間隔が最小となる空間周波数Ｆの逆数１／Ｆに一致したときに発生するモアレ縞の間隔が最も小さくなる。
モアレ縞が視認されないためには、モアレ間隔が最小となるような値を探すのが望ましい。そして、Ｐ１＝Ｐ２＝１／Ｆとすることで、光学シート２０は液晶表示素子７の画素と第一プリズム２１及び第二プリズム１３とにより発生するモアレ縞の間隔が最も小さくなり目立たなくなる。

他方、間隔Ｐ１≠Ｐ２の場合、間隔Ｐ１についてモアレ縞の間隔が最小となる点である図５の空間周波数Ｆの逆数１／Ｆを選ぶことで第一プリズム２１により発生するモアレ縞を目立たなくさせることができるが、間隔Ｐ２が１／Ｆから外れるため、第二プリズム１３により発生するモアレ縞が視認されてしまう。従って、第一プリズム２１と第二プリズム１３の双方で発生するモアレ縞に対しては、間隔Ｐ１＝Ｐ２とすることで、モアレ縞の発現を抑えることが容易になる。

次に本発明の実施例について説明する。
（実施例１）
実施例１では、第一実施形態による光学シート１０を用いるものとして、光学シミュレーションを行った結果を説明する。シミュレーションでは、第一プリズム１２及び第二プリズム１３の頂角を全て９０度とした。図１に示すディスプレイ装置９において、バックライト１４として、光源部６の光出射方向前方に光学シート１０を配設し、液晶表示素子７に向けて出射する光の輝度を測定した。
そして、第一プリズム１２の高さＨ１と第二プリズム１３の高さＨ２との比Ｈ２／Ｈ１を変化させて正面輝度を測定し、第二プリズム１３を設けない従来の光学シート３の輝度を１．０００として、実施例１による正面輝度の輝度比をシミュレーションした結果を図７の表に示す。

図７の表に示す結果から、第一プリズム１２の隣に高さＨ２（＜Ｈ１）の第二プリズム１３を配置することで、従来の光学シート３（Ｈ２／Ｈ１＝０，１．０の場合）と比較して輝度が上昇したことを確認できる。特に、Ｈ２／Ｈ１が０．０５から０．６の範囲において、従来の光学シート３と比べて１％以上の顕著な輝度の上昇効果を得られ、これを目視で確認できる。Ｈ２／Ｈ１が０．３のときに最も輝度が上昇し、この場合、従来の光学シート３と比べて約２．３％輝度が上昇した。

（実施例２）
実施例２では、本発明の第二実施形態における第一プリズム２１に凹部２２が設けられた光学シート２０をディスプレイ装置９に用い、バックライト１４として光源部６の光出射方向前方に光学シート２０を配設し、液晶表示素子７に向けて出射する光の輝度を測定した。そのシミュレーション結果を図８に示す。
図８は、第一及び第二プリズム１２、１３の高さの割合Ｈ２／Ｈ１と第一プリズム２１における高さと凹部２２の深さの割合Ｈ３／Ｈ１の双方を変化させた場合の正面輝度のシミュレーション結果である。
この結果、実施例２では、従来の光学シート３と比べた輝度比は最大で約２．９％上昇する（Ｈ２／Ｈ１＝０．４、Ｈ３／Ｈ１＝０．２の場合）。実施例１では、最大輝度が２．３％であったので、凹部２２を設けることにより、さらに０．６％輝度を上昇させることが可能になった。

特に、Ｈ２／Ｈ１＝０．４〜０．６の範囲とＨ３／Ｈ１＝０．１〜０．５の範囲を満たす場合に実施例１による光学シート１０を用いたバックライト１４より概ね良好な輝度比を得られた。
なお、Ｈ３／Ｈ１をあまり大きくすると、第二プリズム１３の斜面１３ａで反射して第一プリズム２１の頂部ｃ１を通過して光路外へ漏れるサイドローブ光が増加するため、適切な範囲に設定する必要がある。Ｈ３／Ｈ１が０．１〜０．５の範囲では最大輝度が２％以上の高い特性を得ることができるものの、それ以上増加させると急に輝度が低下する。また、Ｈ３／Ｈ１が０．１未満では第一実施形態による光学シート１０の特性に近くなるので格別の効果がなくなる。従って、Ｈ３／Ｈ１は０．１〜０．５の範囲に設定することが望ましい。この場合、Ｈ２／Ｈ１を０．２〜０．６の範囲に設定してもよい。

実施例２における最も正面輝度の高い光学シート２０（Ｈ２／Ｈ１＝０．４、Ｈ３／Ｈ１＝０．２の場合）と従来の光学シート３との輝度分布を比較すると図９に示すようになった。
従来の光学シート３と比較して、実施例２における光学シート２０は、角度が６０°〜８０°にかけてのサイドローブ光が抑制されており、その一方で角度が０°〜約３０°にかけての正面輝度が上昇していることを確認できる。

なお、上述の各実施形態では、一方向に延びる光学シート１０，２０をディスプレイ装置９に１枚配設した構成で説明したが、光学シート１０，２０は各プリズム１２、１３または２１、１３が互いに直交する方向に、同種のものを例えば２枚重ねて配設して構成してもよいことはいうまでもない。これによって、縦横方向の正面輝度の向上を達成できる。また、光学シートを直交配置する場合、異種の光学シート１０と光学シート２０を互いに直交する方向に配置して組み合わせてもよい。
また、上述の実施形態などでは直下型方式のバックライト１４について説明したが、エッジライト方式を採用しても良いことはもちろんである。

本発明の第一実施形態による光学シートを含むディスプレイ装置の部分縦断面図である。 図１における光学シートの部分拡大図である。 光学シートの第一プリズムと第二プリズムを示す図であり、（ａ）は第一プリズムと第二プリズムの高さの比を示す図、（ｂ）、（ｃ）は周辺光の出射方向を示す説明図である。 第二実施形態による光学シートを示す図であり、（ａ）は第一プリズムと第二プリズムの構成と高さの比を示す図、（ｂ）、（ｃ）は周辺光の出射方向を示す説明図である。 光学シートの空間周波数とモアレ縞の間隔との関係を示すグラフである。 第二実施形態における光学シートの第一プリズムにおける凹部の間隔と第二プリズムの間隔とを示す図である。 第一実施形態の光学シートにおいて第一及び第二プリズムの高さの比を変化させた場合の輝度比のシミュレーション結果を示す図である。 第二実施形態の光学シートにおいて第一及び第二プリズムの高さの比と第一プリズムの高さと凹部深さの比を変化させた場合の輝度比のシミュレーション結果を示す図である。 従来の光学シートと第二実施例による光学シートの輝度分布のシミュレーション結果を示す図である。 従来の光学シートを示す要部斜視図である。 従来の光学シートを用いたディスプレイ装置を示す要部縦断面図である。 従来の光学シートの配光分布の図（垂直方向）である。

符号の説明

６ 光源部
７ 液晶表示素子
９ ディスプレイ装置
１０、２０ 光学シート
１１ 基材
１２、２１ 第一プリズム
１３ 第二プリズム
１２ａ，１２ｂ，１３ａ，１３ｂ 斜面
２２ 凹部

Claims (9)

1. シート状で光透過性を有する基材の光射出面側に複数のプリズム要素を配列してなる光学シートであって、
   前記プリズム要素は、高さが一定の第一プリズムと、高さが一定で前記第一プリズムより高さの低い第二プリズムとが、交互に平行に配列されていることを特徴とする光学シート。
2. 前記第一プリズムの基材からの高さをＨ１とし、前記第二プリズムの基材からの高さをＨ２としたとき、０．０５≦Ｈ２／Ｈ１≦０．６の範囲であることを特徴とする請求項１に記載された光学シート。
3. 前記第一プリズムの頂部に凹部が形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載された光学シート。
4. 前記第一プリズムの高さをＨ１とし、前記第二プリズムの基材からの高さをＨ２とし、前記第一プリズムの頂部から前記凹部の底部までの深さをＨ３としたとき、０．４≦Ｈ２／Ｈ１≦０．６且つ０．１≦Ｈ３／Ｈ１≦０．５であることを特徴とする請求項３に記載された光学シート。
5. 前記第一プリズムの前記凹部間の間隔をＰ１とし、前記第二プリズムの幅に相当する間隔をＰ２としたとき、Ｐ２＝Ｐ１であることを特徴とする請求項３または４に記載された光学シート。
6. 押し出し成型法、ＵＶ成型法、射出成型法のいずれかで成型されることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載された光学シート。
7. 請求項１乃至６のいずれかに記載された光学シートと、該光学シートの光入射面側に配設された光源部とを備えることを特徴とするバックライト。
8. 前記光源部は、冷陰極蛍光ランプ、ＬＥＤ、ＥＬまたは半導体レーザーを有することを特徴とする請求項７に記載されたバックライト。
9. 請求項７または８に記載されたバックライトを備えると共に、前記光学シートの光出射面側に配設された画像表示素子を備えたことを特徴とするディスプレイ装置。
   

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