JP2010062112A - 光デバイス、光均一デバイス、バックライトユニットおよびディスプレイ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】複数の点光源からの射出角度を制御し、射出光を効率的に正面方向へと射出させることで、色ムラを無くし均一な強度の面光源を射出することができる光デバイス、光均一デバイス、バックライトユニット及びディスプレイ装置を提供する。
【解決手段】観察者側からθの角度に強度のピークを持つ点光源４１と、二次元方向に光偏向機能を備えた光偏向レンズ１とからなる光デバイス２４、もしくは光デバイス２４の光射出面側に拡散基材２６を備えた光均一デバイス２５を、ディスプレイ装置７０に配置し、さらに必要であれば光均一デバイス２５の拡散基材２６の上に光学部材５等を配置してなるディスプレイ装置。
【選択図】図１

Description

本発明は、照明用途に用いられる光デバイス、光均一デバイス、バックライトユニットおよびディスプレイ装置に関するものである。特に、フラットパネルディスプレイに代表される画像表示装置における照明光路制御に使用される光デバイス、光均一デバイス、光学シート、バックライトユニットおよびディスプレイ装置に関するものである。

最近の大型液晶テレビにおいては、複数本の冷陰極管を配置した直下型方式バックライトが採用されている。
しかしながら冷陰極管には水銀が使用されているため、環境への配慮からＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）を光源としたバックライトが有望視されている。

ＬＥＤにおいては、例えば特許文献１〜２に開示されているように、側面放射型のＬＥＤなどがあり、その射出分布をカバーレンズによって制御することが可能である。
特開２００３−８０６８号公報 特開２００４−１３３３９１号公報

バックライトに使用される光源が冷陰極管からＬＥＤに替わることで、上述したように、光源からの射出分布を変更することが可能となるが、ＬＥＤの射出分布特性にマッチングした光学部材の提案はほとんどない。また、赤、緑、青の３色のＬＥＤを用いる場合、色ムラのない白色光を射出するために、混色距離が必要となるため、バックライト全体の厚みが増すといった問題がある。

本発明は、上記問題を鑑みてなされたものであり、十分な混色距離を有しながらバックライトの薄型化を可能とする光デバイス、光均一デバイス、これらを備えたバックライトユニットおよびディスプレイ装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明は以下の構成を採用した。すなわち、請求項１の発明は、光反射性を有する平面上にマトリクス状に配置された点光源と、透光性の基材上に、基材面の垂直方向と、水平方向との少なくとも２方向以上に射出光を制御する光偏向レンズが配列されてなるレンズシートとを備えた光デバイスであって、前記点光源は、前記平面の法線からθの角度だけ傾いた方向に射出強度のピークを有する略回転対称の射出分布を有し、強度ピーク角度θから法線方向側で、強度がピークに対して８０％となる射出角度をθＡとし、強度ピーク角度θから法線方向とは逆側で、強度がピークに対して８０％となる射出角度をθＢとし、前記光偏向レンズを前記基材面の垂直方向、水平方向で断面視した断面形状の接線と前記基材面とのなす角度を接角αとしたとき、接角αが以下の数１によって定義される偏向角度Ａを含む領域が、光偏向レンズの垂直方向、水平方向の断面形状において、各々２０％以上含むレンズシートを有することを特徴とする光デバイスである。

請求項２の発明は、請求項１に記載の光デバイスにおいて、前記強度ピーク角度θが５０度以上となることを特徴とする。

請求項３の発明は、請求項１に記載の光デバイスにおいて、前記光偏向レンズが、二次元に配列された単位レンズからなることを特徴とする。

請求項４の発明は、請求項１に記載の光デバイスにおいて、前記光偏向レンズが、一次元に配列された第１のレンズアレイと、一次元に配列された第２のレンズアレイと、からなり、前記第１のレンズアレイと、前記第２のレンズアレイと、が、交差して配置されてなることを特徴とする。

請求項５の発明は、請求項１に記載の光デバイスにおいて、前記光偏向レンズの断面形状が、曲面形状であることを特徴とする。

請求項６の発明は、請求項１に記載の光デバイスにおいて、前記光偏向レンズの断面形状が、多角形状であることを特徴とする。

請求項７の発明は、請求項１に記載の光デバイスにおいて、前記光偏向レンズの断面形状が、第一頂部と、前記第一頂部から前記基材に至る第一傾斜部とを有し、断面形状における前記第一頂部の占める割合が２０％以上６０％以下であり、前記頂部の形状が頂角７０度以上１１０度以下のプリズム形状であることを特徴とする。

請求項８の発明は、前記点光源が、光反射性を有する平面における垂直方向にＹ、水平方向にＸの間隔で配置され、前記レンズシートの入射面と光反射性を有する平面との距離をＴとしたとき、以下の数２〜数４を満足することを特徴とする光デバイスである。

請求項９の発明は、照明用の光均一デバイスであって、前記光均一デバイスは、請求項１〜８に記載の何れかの光デバイスと拡散基材とを備え、前記拡散基材は前記光デバイスの前記光偏向レンズ側に配置され、前記拡散基材は、透明樹脂に光拡散領域が分散されてなり、全光線透過率が３０％〜８０％、ヘイズ値が９５％以上であり、前記光デバイスを構成する透光性の基材は、全光線透過率が８０％以上、ヘイズ値が９５％以下であることを特徴とする。

請求項１０の発明は、請求項９に記載の光均一デバイスと、少なくとも１種類以上の光学シートとを備えることを特徴とするバックライトユニットである。

請求項１１の発明は、画素単位で光を透過／遮光して画像を表示する画像表示素子と、請求項１０に記載のバックライトユニットと、を備えることを特徴とするディスプレイ装置である。

上記構成によれば、ＬＥＤの射出分布特性とマッチングした新規なレンズシートを備えることで、赤、緑、青の３色のＬＥＤを用いても色ムラの無い白色光を射出できる光デバイス、光均一デバイス、これを備えたバックライトユニットおよびディスプレイ装置を提供することができる。

以下、本発明を実施するための形態を説明する。
図１は本発明の光デバイス、光均一デバイス、バックライトユニットおよびディスプレイ装置の一例を示す断面模式図である。
本発明の実施形態であるディスプレイ装置７０は、画像表示素子３５とバックライトユニット５５とから構成されている。また、本発明の実施形態であるバックライトユニット５５は、反射板４３の平面上に複数の光源４１が配置され、その上（観察者側方向Ｆ）にレンズシート１が配置された本発明の実施形態である光デバイス２４と、その上（観察者側方向Ｆ）に光拡散基材２６が配置された本発明の実施形態である光均一デバイス２５と、光学シート５が単一、又は複数配置されて構成されている。
光源４１から射出された光Ｈは、光均一デバイス２５で拡散され、その上に配置された単一、又は複数の光学部材で拡散・反射・集光・カラーシフトされ、バックライトユニット５５から射出される光Ｋが、画像表示素子３５に入射し、観察者側Ｆへと射出される。

反射板４３は、レンズシート１の観察者側Ｆと反対側に配置され、光源４１から出射された光のうち、観察者側Ｆと反対側の方向に出射された光と、複数の光源４１の観察者側Ｆに配置された複数の光学部材により反射された光を反射させて観察者側Ｆに出射させることができる。このように反射板４３を用いることによって、光の利用効率を高めることができる。反射板４３としては、光を高効率で反射させる部材であればよく、たとえば、一般的な反射フィルム、反射板などを使用することができる。

本発明の実施形態である光デバイス２４は、光源４１とレンズシート１とで構成される。光源４１は、赤、緑、青の３色のＬＥＤで構成され、反射板４３の面上にマトリクス状に配置される。
光源４１は図２（ａ）及び図２（ｂ）に示されるように、その射出分布は、反射板４３の法線方向ｎ（観察者側Ｆ）に対して強度ピーク角度θに強度ピークを有する。

強度ピーク角度θは５０度以上であることが望ましい。反射板４３とレンズシート１の入射面との距離をＴとしたとき、光源４１から強度ピーク角度θに射出される光の光路長ｈは、ｈ＝Ｔ／ｃｏｓθで求まり、強度ピーク角度θが５０度を超えると、ｈ＞１．５Ｔとなる。従って、反射板４３とレンズシート１との距離を変えることなく、レンズシート１に入射するまでの光路長を１．５倍以上にすることが出来るため、赤、緑、青の３色のＬＥＤの混色性能を向上させることが可能となる。

レンズシート１は透光性の基材２上に、基材面の垂直方向、及び水平方向の少なくとも２方向以上に射出光を制御する光偏向レンズ３を備える。光偏向レンズ３としては垂直方向、及び水平方向に延びたプリズム、または湾曲レンチキュラーがクロスした形状が挙げられる。または、光偏向レンズ３としては四角錘を含む多角錘形状、マイクロレンズ形状である単位レンズが配列された形状などが挙げられる。
このような光偏向レンズ３を垂直方向、及び水平方向で断面視した際に、断面形状における各点の接線と基材２とのなす角度を接角αとしたとき、以下の数１で定義される偏向角度Ａを含む領域が、光偏向レンズ３の垂直方向、及び水平方向の各々の断面形状において、２０％以上含むことが望ましい。

ここで、強度ピークに対して８０％の強度となる角度について、強度ピーク角度θより法線側の角度をθＡ、法線側とは逆側の角度をθＢと定義している。

図３に光偏向レンズ３として垂直方向に延びた曲面レンチキュラー３Ｙと水平方向に延びた曲面レンチキュラー３Ｘとがクロスした形状の例を示している。ここで図３（ａ）は水平方向断面図であり、図３（ｂ）は垂直方向断面図である。垂直方向に延びたレンチキュラー３Ｙは水平方向に延びたレンチキュラー３Ｘより大きく、またレンズ幅よりも大きなピッチで配置されている。水平方向に延びたレンチキュラー３Ｘはレンズ幅と同じピッチで配列されている。このような配列を取ることにより、垂直方向に延びた曲面レンチキュラー３Ｙと水平方向に延びた曲面レンチキュラー３Ｘとによる射出光の偏向量のバランスを取ることが可能となる。

光偏向レンズ３は、数１で定義される偏向角度Ａを含む領域がレンズ幅Ｐに対して２０％以上含まれているため、強度ピークに対して８０％以上の強度を有する角度の光を効率的に観察者側Ｆの方向へと偏向する。従って、反射板４３とレンズシート１の入射面との距離Ｔに対して、１．５倍以上の光路長によって混色された光が、観察者側Ｆへと偏向されるため、色ムラの無い白色光を射出することが可能となる。

光偏向レンズ３としては、図４に示されるような、断面が多角形となる四角錘であることが望ましい。図４（ａ）には断面が五角形となる四角錘の断面図が例示されている。
ここで光偏向レンズ３の頂部３ａが頂角７０度以上１１０度以下の三角形状であることがより望ましい。

光偏向レンズ３の頂部３ａが７０度以上１１０度以下の三角形状となることで、光源４１の直上部に入射する光を空気との界面で生じる全反射にて戻し、反射板４３で拡散反射され、拡散光としてレンズシート１に再入射するため、赤、緑、青の３色のＬＥＤの混色性能を向上させる。しかしながら、７０度以上１１０度以下の三角形状の領域が大きすぎると、光源４１の直上部の光量が少なくなりすぎるため、また小さすぎると上述した効果が小さくなってしまうため、頂部３ａの領域は光偏向レンズ３の幅Ｐに対して２０％以上６０％以下であることが望ましい。

また光偏向レンズ３の頂部３ａの一部、または全体が丸みを帯びても良い。更に光偏向レンズ３の傾斜部３ｂが曲面形状でも良い。曲面形状により、光を様々な角度へと射出することが出来るため、射出光のムラが減少するためである。

光偏向レンズ３は、透光性の基材２の観察者側Ｆの面に、ＵＶ硬化樹脂などのような電子線硬化樹脂を用いてＵＶ成形、またはソフトモールド法によって成形することができる。
また、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＣ（ポリカーボネート）、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）、アクリルニトリルスチレン共重合体、アクリロニトリルポリスチレン共重合体などを用いて、射出成型法、押出法、あるいは熱プレス成型法によって基材２と光偏向レンズ３とを形成することもできる。また、同様に作製したシート材の表面に、光偏向レンズ３を、放射線硬化樹脂を用いて成形することもできる。

透光性の基材２は、全光線透過率が８０％以上であることが好ましい。全光線透過率が８０％以上であれば、観察者側Ｆへ出射させる光の輝度を低下させることがない。逆に、全光線透過率が８０％未満の場合には、観察者側Ｆへ出射させる光の輝度低下を生じさせるため好ましくない。なお、全光線透過率は、ＪＩＳ Ｋ７３６１−１に準拠した測定値である。

また、透光性の基材２は、ヘイズ値が９５％以下であることが好ましい。ヘイズ値が９５％を超える場合には、強度ピーク角度θの光を光偏向レンズ３にて正面方向へと偏向させる機能が低下するため好ましくない。なお、ヘイズ値は、ＪＩＳ Ｋ７１３６に準拠した測定値である。

基材２に用いられる材料は、熱可塑性樹脂からなる透明樹脂が好ましく、例えば、ＰＥＴ、ポリカーボネート樹脂、アクリル系樹脂、フッ素系アクリル樹脂、シリコーン系アクリル樹脂、エポキシアクリレート樹脂、ポリスチレン樹脂、シクロオレフィンポリマー、メチルスチレン樹脂、フルオレン樹脂、ＰＥＴ、ポリプロピレン、アクリルニトリルスチレン共重合体、アクリロニトリルポリスチレン共重合体などを挙げることができる。また、基材２は、少なくとも１軸方向に延伸されていてもよい。

基材２には、光拡散要素が含まれていないことがより望ましい。基材２に、光拡散要素が含有されない場合が最も効率的に強度ピーク角度θで入射する光を正面方向に偏向することができるためである。

また、図１に示されるように、光デバイス２４の観察者側Ｆに、拡散基材２６が配置されることが望ましい。拡散基材２６が混色性能の向上に寄与するのみならず、強度ムラの解消に寄与するためである。光デバイス２４の観察者側Ｆに拡散基材２６を備えた光均一デバイス２５は、赤、緑、青の３色のＬＥＤから射出された光を混色し、且つ強度ムラをなくして均一な強度の白色光を射出することが出来る。

拡散基材２６は、全光線透過率が３０％〜８０％であることが好ましい。全光線透過率が３０％未満の場合には、観察者側Ｆへの出射光の輝度低下を生じさせるので好ましくなく、逆に、全光線透過率が８０％を超える場合には、拡散性能が不十分となり、面内輝度の均一性が悪化するため好ましくない。なお、全光線透過率は、ＪＩＳ Ｋ７３６１−１に準拠した測定値である。

拡散基材２６は、ヘイズ値が９５％以上であることが好ましい。ヘイズ値が９５％未満の場合は、拡散性能が不十分となり、面内輝度の均一性が悪化するため好ましくない。なお、ヘイズ値は、ＪＩＳ Ｋ７１３６に準拠した測定値である。

拡散基材２６は、透明樹脂に光拡散領域が分散されて形成されている。
透明樹脂としては、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂などを用いることができ、例えば、ポリカーボネート樹脂、アクリル系樹脂、フッ素系アクリル樹脂、シリコーン系アクリル樹脂、エポキシアクリレート樹脂、ポリスチレン樹脂、シクロオレフィンポリマー、メチルスチレン樹脂、フルオレン樹脂、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリプロピレン、アクリルニトリルスチレン共重合体、アクリロニトリルポリスチレン共重合体などを用いることができる。

光拡散領域は、光拡散粒子からなることが好ましい。好適な拡散性能を容易に得ることができるためである。
光拡散粒子としては、無機酸化物または樹脂からなる透明粒子を用いることができる。無機酸化物からなる透明粒子としては、例えば、シリカ、アルミナなどを用いることができる。また、樹脂からなる透明粒子としては、アクリル粒子、スチレン粒子、スチレンアクリル粒子及びその架橋体、メラミン・ホルマリン縮合物の粒子、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、ＰＦＡ（ペルフルオロアルコキシ樹脂）、ＦＥＰ（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）、ＰＶＤＦ（ポリフルオロビニリデン）、及びＥＴＦＥ（エチレン・テトラフルオロエチレン共重合体）等のフッ素ポリマー粒子、シリコーン樹脂粒子などを用いることができる。
また、上述した透明粒子から２種類以上の透明粒子を組み合わせて使用してもよい。さらにまた、透明粒子の大きさ、形状は、特に規定されない。

光拡散領域として光拡散粒子を用いた場合には、拡散基材２６の厚さが０．１〜５ｍｍであることが好ましい。
拡散基材２６の厚みが０．１〜５ｍｍである場合には、最適な拡散性能と輝度を得ることができる。逆に、０．１ｍｍ未満の場合には、拡散性能が足りず、５ｍｍを超える場合には、樹脂量が多いため吸収による輝度低下が生じる。

なお、透明樹脂として熱可塑性樹脂を用いた場合には、光拡散領域として気泡を用いても良い。
熱可塑性樹脂の内部に形成された気泡の内部表面が光の乱反射を生じさせ、光拡散粒子を分散させた場合と同等以上の光拡散機能を発現させることができる。そのため、拡散基材２６の膜厚をより薄くすることが可能となる。
このような拡散基材２６として、白色ＰＥＴや白色ＰＰなどを挙げることができる。白色ＰＥＴは、ＰＥＴと相溶性のない樹脂や酸化チタン（ＴｉＯ_２）、硫酸化バリウム（ＢａＳＯ_４）、炭酸カルシウムのようなフィラーをＰＥＴに分散させた後、該ＰＥＴを２軸延伸法で延伸することにより、該フィラーの周りに気泡を発生させて形成する。

なお、熱可塑性樹脂からなる拡散基材２６は、少なくとも１軸方向に延伸されてなればよい。少なくとも１軸方向に延伸させれば、フィラーの周りに気泡を発生させることができるためである。

熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレン−２、６−ナフレート、ポリプロピレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、シクロヘキサンジメタノール共重合ポリエステル樹脂、イソフタル酸共重合ポリエステル樹脂、スポログリコール共重合ポリエステル樹脂、フルオレン共重合ポリエステル樹脂等のポリエステル系樹脂、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリメチルペンテン、脂環式オレフィン共重合樹脂等のポリオレフィン系樹脂、ポリメチルメタクリレート等のアクリル樹脂、ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリアミド、ポリエーテル、ポリエステルアミド、ポリエーテルエステル、ポリ塩化ビニル、シクロオレフィンポリマー、およびこれらを成分とする共重合体、またこれら樹脂の混合物などを用いることができ、特に制限されることはない。

光拡散領域として気泡を用いた場合には、拡散基材２６の厚さが２５〜５００μｍであることが好ましい。
拡散基材２６の厚さが２５μｍ未満の場合には、シートのこしが不足し、製造工程やディスプレイ内でしわを発生しやすくなるので好ましくない。また、拡散基材２６の厚さが５００μｍを超える場合には、光学性能についてはとくに問題ないが、剛性が増すためロール状に加工しにくい、スリットが容易にできないなど、従来の拡散板と比較して得られる薄さの利点が少なくなるので好ましくない。

本発明の光均一デバイス２５は、図５に示されるように、構成するレンズシート１と拡散基材２６とを固定層２０により一体化構造とすることができる。ここで、レンズシート１の光偏向レンズ３が固定層２０に埋没する高さとしては、光偏向レンズ３の高さＴＬの１０％以下であることが望ましい。１０％を超えると、光偏向レンズ３の偏向機能の低下が著しくなるためである。

ここで固定層２０は、粘着剤、接着剤を用いて形成する。粘着剤、接着剤には、ウレタン系、アクリル系、ゴム系、シリコーン系、ビニル系の樹脂等を用いることができる。また、粘着剤、接着剤には、１液型で押圧して接着するもの、熱や光で硬化させるものを用いることができ、２液、もしくは複数の液を混合して硬化させるものを用いることができる。
さらに、固定層２０内にフィラーを分散してもよい。固定層２０内にフィラーを分散することで、接合層の弾性率を増加することが可能となる。
固定層２０の形成方法において、接合面へ直接塗布する方法や、あらかじめドライフィルムとして準備したものを貼り合わせる方法がある。固定層２０をドライフィルムとして準備した場合、製造工程上、簡易的に扱うことが可能となるため好ましい。

本発明の光均一デバイス２５は、拡散基材２６の観察者側Ｆの面に凹凸形状を備えることができる。図６に示されるように、拡散基材２６の射出面に凹凸形状が付与されることで、拡散基材２６の観察者側Ｆの面が略平坦である場合と比べて、様々な角度の射出面が形成されるため、より広い範囲へ光を射出することができるため、射出する光の強度を均一化するためである。観察者側に付与する凹凸形状としては、光拡散レンズ２１が挙げられる。
光拡散レンズ２１に求められる機能としては、２次元方向に射出光を拡散させることが求められるため、断面が多角形となる三角錐や四角錘を含む多角錘、マイクロレンズ、プリズムや湾曲レンチキュラーがクロスに配列されたレンズ等であることが望ましい。
しかしながら、拡散基材２６の表面に拡散レンズ２１を配置する場合、光学部材２として例えばレンズシート２を配置した場合、拡散レンズ２１とレンズシート２とでモアレ干渉縞が生じる場合がある。そのため、拡散レンズ２１の周期構造とレンズシート２のレンズの周期構造とを、モアレ干渉縞が生じないピッチに合わせ込むか、角度をつける、またはさらに光学部材２として拡散フィルムをのせるなどの方法が挙げられる。光学部材２として拡散フィルム、または偏向分離反射シート等、周期構造のない部材を配置する場合には、上述のような問題は生じない。

図７は、本発明の光均一デバイス２５における光源４１とレンズシート１、及び拡散基材２６との配置を示したものである。
図７（ａ）は本発明の光均一デバイス２５の水平断面図であり、図７（ｂ）は本発明の光均一デバイス２５の垂直断面図である。光源４１は、水平方向にＸの間隔で、垂直方向にＹの間隔で配列され、反射板４３とレンズシート１とはＴの距離で配置されている。このとき、以下の数２〜数５を満足することが望ましい。

本発明の光源４１はその射出光の強度ピークは、強度ピーク角度θの角度であり、θＡ〜θＢの範囲で、強度ピークの８０％以上の強度を有する。
上記数２〜数５を満足させることで、強度が強度ピークの８０％以上となる角度の光を、効率的に光源４１の間に射出することが可能となる。すなわち、光源４１がマトリクス状に配列されてなる場合、最も光量が不足する光源４１と光源４１との間に光を射出することで、光均一デバイス２５の強度を均一化することが可能となる。

本発明の光デバイス２４は、光源４１の強度ピークを強度ピーク角度θだけ傾いた方向に射出するため、光路長ｈを長く取れるため、赤、緑、青の３色のＬＥＤの混色が容易となる。
本発明の光デバイス２４は、光源４１の強度ピーク角度θ、及び強度ピークの８０％以上の強度を有するθＡ〜θＢの角度の光を効率的に観察者側Ｆへと射出するため、色ムラのない白色光を正面方向に射出することが可能である。
本発明の光均一デバイス２５は、本発明の光デバイス２４の観察者側Ｆに更に拡散基材２６を有するため、強度ムラのない均一な白色光を射出することが出来る。
本発明の光均一デバイス２５は、光源４１の強度ピーク角度θ、及び強度ピークの８０％以上の強度を有するθＡ〜θＢの角度の光を、光源４１と光源４１との間に効率的に観察者側Ｆへと射出するため、強度ムラのない均一な白色光を容易に射出することが出来る。
また本発明の光均一デバイス２５は、光源４１が擬似白色光源である場合も、同様に強度ムラのない均一な白色光を容易に射出することが出来る。

本発明の光均一デバイス２５の観察者側Ｆに更に光学シート５を配置しても良い。光学シート２としては、拡散フィルム、プリズムシート、マイクロレンズシート、偏向反射シートなどが挙げられる。または、凸レンチキュラーシートの入射面側に反射層を有し、凸レンチキュラーの頂部に対応した開口部を有する反射層付きレンチキュラーシートを拡散基材２６の射出面側に一体積層しても良い。

図１に示すように、本発明の実施形態であるディスプレイ装置７０は、画像表示素子３５とバックライトユニット５５とから構成されている。
画像表示素子３５は、２枚の偏光板（偏光フィルム）３１、３３と、その間に狭持された液晶パネル３２とからなる。液晶パネル３２は、たとえば、２枚のガラス基板の間に液晶層が充填されて構成されている。
バックライトユニット５０から出射された光Ｋは、偏光フィルター３３を介して液晶部３２に入射され、偏光フィルター３１を介して観察者側Ｆに出射される。

画像表示素子３５は、画素単位で光を透過／遮光して画像を表示する素子であることが好ましい。画素単位で光を透過／遮光して画像を表示するものであれば、バックライト５５により、観察者側Ｆへの輝度が向上され、光強度の視角度依存性が低減され、さらに、均一な白色光を有効に利用して、画像品位の高い画像を表示させることができる。
画像表示素子３５は、液晶表示素子であることが好ましい。液晶表示素子は、画素単位で光を透過／遮光して画像を表示する代表的な素子であり、他の表示素子に比べて、画像品位を高くすることができるとともに、製造コストを低減することができる。

本発明の実施形態であるディスプレイ装置７０は、画素単位での透過／遮光に応じて表示画像を規定する画像表示素子３５で、先に記載のバックライトユニット５５により集光・拡散特性を向上させた光Ｋを利用する構成なので、観察者側Ｆの輝度を向上させ、光強度の視角方向の分布を滑らかにするとともに、均一な強度を有する画像を得ることができる。

本発明の実施形態であるディスプレイ装置７０は、画像表示素子３５が液晶表示素子であり、先に記載のバックライトユニット５５により集光・拡散特性を向上させた光Ｋを利用する構成なので、観察者側Ｆの輝度を向上させ、光強度の視角方向の分布を滑らかにするとともに、均一な強度の画像を得ることができる。
以下、本発明を実施例に基づいて詳細に説明する。尚、本発明はこれらの実施例のみに限定されるものではない。

白色の拡散反射板４３上に赤、緑、青の３色のＬＥＤがワンチップとなったＬＥＤを、垂直方向に３５ｍｍ、水平方向に３２ｍｍの間隔で配置した。ＬＥＤチップにはその射出強度ピークが６０度となるようなカバーレンズを備えている。強度ピークの８０％の強度となる角度θＡ及びθＢはそれぞれ、５３度と６７度であった。
（実施例１）
レンズシート１として、傾斜部３ｂが７０度から４５度へと連続的に変化し、頂部３ａが９０度プリズムである単位レンチキュラーを、垂直方向、水平方向に互いが９０度で交差するよう配置した。ここで、レンチキュラーの頂部３ａの領域を４０％、傾斜部３ｂの領域を６０％ととし、耐擦性を向上させるために頂部３ａの先端にはラウンド形状を付与した。
（実施例２）
レンズシート１として、６５度、５５度、４５度の接角を有する七角形状四角錘を作製した。
（比較例１）
レンズシート１として、９０度プリズムシートを用意した。

実施例１〜２、及び比較例１のレンズシートを拡散反射板４３から９ｍｍの位置に配置し、更に全光線透過率５５％、ヘイズ値９９％、厚み２ｍｍの拡散基材２６を配置した。
光学シート５として、拡散基材２６の上に拡散フィルム、プリズムシート、偏向反射分離シートの順で重ねて配置した。
結果、実施例１〜２、及び比較例１による光均一デバイス２５を備えた画像表示装置７０を得ることが出来た。

上記画像表示装置７０を全白表示とし、画面全体を輝度ムラ測定機（ＰｒｏＭｅｔｒｉｃ１２００：Ｒａｄｉａｎｔ Ｉｍａｇｉｎｇ社製）にて測定、複数のＬＥＤの並びに大して水平及び垂直方向の輝度分布データ（Ｌ）、及び色度分布データ（ｘ、ｙ）により解析を行った。
なお、輝度分布はＬＥＤに対応した波型の分布が得られるので、中心の５個分のＬＥＤに相当する輝度データを抽出して平均輝度を算出した後、平均輝度に対する輝度変化
（％）を算出した。この輝度変化の標準偏差σが１％以内であれば、拡散性が良好と判定した。色度についても同様の計算方法により解析を行った。

実施例１は赤、緑、青の色ムラは生じず、また強度分布も１％以下に収まった画像表示装置７０が得られた。
実施例２は赤、緑、青の色ムラは生じず、また強度分布も１％以下に収まった画像表示装置７０が得られた。
比較例１は、輝度と色度のムラが水平方向にスジ状に観察された。一次元方向に配列されたプリズムのため、点光源４１のムラを消すことはできなかった。

本発明の実施形態であるディスプレイ装置の断面模式図である。 （ａ）本発明の実施形態である光デバイスの断面模式図である。 （ｂ）本発明の光デバイスを構成する光源の光射出分布である。 （ａ）本発明の実施形態である光デバイスの断面模式図である。 （ｂ）本発明の実施形態である光デバイスの断面模式図である。 本発明の実施形態である光デバイスの断面模式図である。 本発明の実施形態である光均一デバイスの一例を示す断面模式図である。 （ａ）拡散基材の表面形状の一例を示す図である。 （ｂ）拡散基材の表面形状の一例を示す図である。 （ａ）本発明の光源の配置を示す断面模式図である。 （ｂ）本発明の光源の配置を示す断面模式図である。

符号の説明

Ａ…光偏向レンズの接角、Ｈ、Ｋ…光、Ｐ…レンズピッチ、ＴＬ…レンズ高さ、Ｔ…反射板とレンズシートとの距離、Ｘ…光源の水平方向配置距離、Ｙ…光源の垂直方向配置距離、θ…光源の強度ピーク角度、θＡ…光源の強度ピークから８０％となる強度を有する角度、θＢ…光源の強度ピークから８０％となる強度を有する角度、θＸ…水平方向入射角度、θＹ…垂直方向入射角度、ｈ…光路長、ｎ…反射板の法線方向、Ｆ…観察者側、１…レンズシート、２…基材、３…偏向レンズ、３ａ…頂部、３ｂ…傾斜部、５…光学シート、２０…固定層、２１…光拡散レンズ、２４…光デバイス、２５…光均一デバイス、２６…拡散基材、３１、３３…偏光板、３２…液晶パネル、３５…画像表示素子、４１…光源、４３…反射板（反射フィルム）、５５…バックライトユニット、７０…ディスプレイ装置

Claims (11)

1. 光反射性を有する平面上にマトリクス状に配置された点光源と、
   透光性の基材上に、基材面の垂直方向と、水平方向との少なくとも２方向以上に射出光を制御する光偏向レンズが配列されてなるレンズシートとを備えた光デバイスであって、
   前記点光源は、前記平面の法線からθの角度だけ傾いた方向に射出強度のピークを有する略回転対称の射出分布を有し、
   強度ピーク角度θから法線方向側で、強度がピークに対して８０％となる射出角度をθＡとし、
   強度ピーク角度θから法線方向とは逆側で、強度がピークに対して８０％となる射出角度をθＢとし、
   前記光偏向レンズを前記基材面の垂直方向、水平方向で断面視した断面形状の接線と前記基材面とのなす角度を接角αとしたとき、接角αが以下の数１によって定義される偏向角度Ａを含む領域が、光偏向レンズの垂直方向、水平方向の断面形状において、各々２０％以上含むレンズシートを有することを特徴とする光デバイス。
   

   
2. 前記強度ピーク角度θが５０度以上となることを特徴とする請求項１に記載の光デバイス。
3. 前記光偏向レンズが、二次元に配列された単位レンズからなることを特徴とする請求項１に記載の光デバイス。
4. 前記光偏向レンズが、一次元に配列された第１のレンズアレイと、一次元に配列された第２のレンズアレイと、からなり、前記第１のレンズアレイと、前記第２のレンズアレイと、が、交差して配置されてなることを特徴とする請求項１に記載の光デバイス。
5. 前記光偏向レンズの断面形状が、曲面形状であることを特徴とする請求項１に記載の光デバイス。
6. 前記光偏向レンズの断面形状が、多角形状であることを特徴とする請求項１に記載の光デバイス。
7. 前記光偏向レンズの断面形状が、頂部と、前記頂部から前記基材に至る傾斜部とを有し、
   断面形状における前記頂部の占める割合が２０％以上６０％以下であり、前記頂部の形状が頂角７０度以上１１０度以下のプリズム形状であることを特徴とする請求項１に記載の光デバイス。
8. 前記点光源が、光反射性を有する平面における垂直方向にＹ、水平方向にＸの間隔で配置され、
   前記レンズシートの入射面と光反射性を有する平面との距離をＴとしたとき、
   以下の数２〜数５を満足することを特徴とする請求項１に記載の光デバイス。
   

   

   

   

   
9. 照明用の光均一デバイスであって、
   前記光均一デバイスは、請求項１〜８に記載の何れかの光デバイスと拡散基材とを備え、
   前記拡散基材は前記光デバイスの前記光偏向レンズ側に配置され、
   前記拡散基材は、透明樹脂に光拡散領域が分散されてなり、全光線透過率が３０％〜８０％、ヘイズ値が９５％以上であり、
   前記光デバイスを構成する透光性の基材は、全光線透過率が８０％以上、ヘイズ値が９５％以下であることを特徴とする光均一デバイス。
10. 請求項９に記載の光均一デバイスと、少なくとも１種類以上の光学シートとを備えることを特徴とするバックライトユニット。
11. 画素単位で光を透過／遮光して画像を表示する画像表示素子と、請求項１０に記載のバックライトユニットと、を備えることを特徴とするディスプレイ装置。

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