JP2011119188A - 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】光源の中心から拡散板までの距離が短く、光学シートの枚数を削減した場合にでも、輝度を低下がなく、輝度むらを低減することができるバックライト装置を供給する。
【解決手段】光源３から射出した照明光は、一面に突条プリズム１３が所定の間隔で形成されたプリズム付拡散板１１で集光及び散乱される。次に、照明光は、一面にプリズム１５が形成されたプリズム付き集光シート１２で集光され射出する。ここで、突条プリズム１３及びプリズム１５は、照明光の射出方向に形成され、突条プリズム１３の底角が５０度以上７０度以下の範囲である。
【選択図】図２

Description

本発明は、表示部の奥行き方向が薄型であって、表示エリアの輝度むらの発生を低減することができるバックライト装置、液晶モジュール及び液晶ディスプレイに関する。

近年、液晶ディスプレイの設置性が向上を目的として薄型化の要求が高まってきている。

液晶ディスプレイを薄型化及び表示画面を大型化することにより、表示画面の輝度むらが目立ってきており、改善が望まれてきている。
表示画面内の輝度むら発生の主原因は、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。
このような大画面で薄型の液晶ディスプレイの輝度むらを低減することができるバックライト装置が、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。
特許文献1に記載のバックライト装置は、光源と、光源から射出した光の光路上に配設された光学シート部からなり、光学シートは、拡散板と、第１のマイクロレンズシートと、プリズムシートと、第２のマイクロレンズシートとがこの順で順次配設されている。
更に、バックライト装置の光学シート部上には液晶パネルが配設されている。

光源から射出した光は、拡散板で拡散された後、第１のマイクロレンズシートで光の進行方向を液晶パネル側に屈折される。第１のマイクロレンズシートを射出した光は、プリズムシートで集光された後、第２のマイクロレンズシートで光の進行方向を液晶パネル側に屈折され、液晶パネルに入射する。

特開２００９−２１６８８４号公報

ところで、特許文献１記載の液晶ディスプレイの光学シート部は、輝度むらを低減するため上記のように少なくとも４枚の微細な構造体が成形された光学シートから構成されている。そのため、光学シートの枚数を減らして、よりコストを低減することが望まれていた。

更に、液晶ディスプレイのよりいっそうの薄型化が望まれており、液晶ディスプレイのよりいっそうの薄型を図る場合、光源の中心から拡散板までの距離（以下、拡散板距離Ｄと称す）を短くすることが必要となる。
しかしながら、特許文献１記載の従来の構成で拡散板距離Ｄを短くした場合、特許文献１に記載のとおり、光源の真上部分とそれ以外の部分で輝度差が大きくなり、バックライト装置から射出される照明光が液晶パネルの面内で周期的な輝度むらを生じてしまう。

その対策のため、光源の数を増やして輝度の向上を図ると共に、輝度むらを低減することが可能であるが、光源を追加することは、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り、コストの上昇と消費電力の増加と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光学シートの枚数を削減した場合においても、輝度を低下することなく、輝度むらを低減することができるバックライト装置、液晶モジュール及び液晶ディスプレイを提供することを目的とする。
更に、光源の中心から拡散板までの距離を短くし、液晶ディスプレイをより薄型にした場合においても、輝度を低下することなく、輝度むらを低減することができるバックライト装置、液晶モジュール及び液晶ディスプレイを提供することを目的とする。

１）上記の目的を達成するための本発明の一実施形態は、入射した光を反射する反射板４と、前記反射板４から離隔して配置され、照明光を射出する光源３と、一面に凸状の第１のプリズム１３が所定の間隔で形成され、前記光源を挟んで前記反射板４と対向する位置に前記光源３と離隔して配置され、前記光源３から射出した前記照明光を散乱させると共に、前記第１のプリズム１３において前記照明光を集光する第1の散乱集光手段１１と、一面に凸状の第２のプリズム１５が形成され、前記散乱集光手段１１から射出した照明光を集光する集光手段１２と、を順次配置し、前記散乱集光手段１１の前記第１のプリズム１３の断面は略三角形または等脚台形状で、前記第１のプリズム１３の底角が５０度以上７０度以下の範囲であり、前記各一面は、前記照明光の射出側であることを特徴とするバックライト装置１ａである。
２）上記の目的を達成するための本発明の一実施形態は、一面に略球形の拡散材あるいは略半球形のマイクロレンズ２７が形成され、前記集光手段１２を射出した前記照明光を散乱又は集光する第２の散乱集光手段２１，２５，２６と、を更に備え、前記第１のプリズム１３の底角が４５度以上７０度以下の範囲であることを特徴とする１）記載のバックライト装置１ｂである。
３）上記の目的を達成するための本発明の一実施形態は、前記第２の散乱集光手段２１，２５，２６を射出した前記照明光が入射し、入射した前記照明光のうち第１の偏光を透過し、第２の偏光を反射する偏光分離手段３１を有することを特徴とする１）記載または２）記載のバックライト装置１ｄである。
４）上記の目的を達成するための本発明の一実施形態は、１）乃至３）いずれか１項に記載のバックライト装置と、前記光源を挟んで前記反射板と対向する位置に配設される液晶パネルを有することを特徴とする液晶モジュール４１である。
５）上記の目的を達成するための本発明の一実施形態は、４）記載の液晶モジュール４１と、前記液晶モジュール４１を駆動する液晶駆動回路６１と、を有することを特徴とする液晶ディスプレイ５１である。

本発明によれば、液晶ディスプレイの光学シートの枚数を削減した場合においても、輝度を低下することなく、輝度むらを低減することができる。
更に、光源の中心から拡散板までの距離を短くし、液晶ディスプレイをより薄型にした場合においても、輝度を低下することなく、輝度むらを低減することができる。

本発明に係るバックライト装置の一実施例を示す断面図である。 本発明に係る第１の形態のバックライト装置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。 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。 本発明に係る第１の形態のバックライト装置の要部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プリズム部を示す拡大断面図である。 本発明に係るバックライト装置の要部における拡散板距離を変化させた際の輝度の分布を示す図である。 本発明に係るバックライト装置の拡散板距離と輝度振幅との関係を示す図である。 本発明に係るバックライト装置の要部におけるプリズム底角を変化させた際の輝度の分布を示す図である。 本発明に係るバックライト装置のプリズム底角と輝度振幅との関係を示す図である。 本発明に係る第１の形態のバックライト装置を示す断面図である。 本発明に係る第１の形態のバックライト装置の拡散板距離を変化させた際の輝度の分布を示す図である。 本発明に係る第２の形態のバックライト装置を示す断面図である。 本発明に係る第２の形態のバックライト装置に用いる拡散シートを示す断面図である。 本発明に係る第２の形態のバックライト装置の拡散板距離を変化させた際の輝度の分布を示す図である。 本発明に係るバックライト装置のプリズム高さを変化させた際の輝度の分布を示す図である。 本発明に係るバックライト装置のプリズム高さと輝度振幅との関係を示す図である。 本発明に係る第３の形態のバックライト装置のプリズム底角と拡散板距離とを変化させた際の輝度振幅を示す図である。 本発明に係るプリズム付き集光シートの別の形態であるシリンドリカルレンズを示す断面図である。 本発明に係る拡散シートの別の形態であるマイクロレンズ付き光学シートを示す部分平面図及び部分断面図である。 本発明に係る拡散シートの別の形態であるマイクロレンズ付き光学シート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４の形態のバックライト装置を示す断面図である。 本発明に係る液晶モジュールの要部を示す断面図である 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。 本発明に係る液晶ディスプレイの駆動回路を示すブロック図である。

以下に、本発明に係る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。
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。

（第１の形態のバックライト装置）
図１は、本発明に係るバックライト装置の一実施例を示す断面図である。
図１に示すように、第１の形態のバックライト装置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から射出した照明光のうち液晶表示パネル２と反対方向に射出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シート部５ａを有する。

次に、図２を用いて本発明の第１の形態のバックライト装置１ａに用いる光学シート部５ａの説明をする。
図２に示すように、光学シート部５ａは、光源３と図示しない液晶表示パネルとの間に光源３の中心部から所定の拡散板距離を隔てて配設されており、光源３側から一方の面にプリズムが形成されたプリズム付き拡散板１１（散乱集光手段）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１２（集光手段）とがこの順に配設されている。
また、反射板４と光学シート部５ａとの間は、光学空間距離Ｔだけ離れている。

次に、図３を用いて本発明の第１の形態のバックライト装置１ａに用いるプリズム付き拡散板１１の説明をする。
図３に示すように、プリズム付き拡散板１１は、シート状の基材における照明光の射出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１１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１１は、光源３からの射出光および反射板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１１のシート状の基材部上に形成されたプリズム部１３は、光の射出面上に平行かつ所定の間隔で断面が三角形の鋸歯状、若しくは台形状の複数の凸部が有る突条プリズムを備えている。
プリズム付き拡散板１１のプリズム部１３は、プリズム付き拡散板１１を長手方向に垂直な方向に切断した断面（Ａ−Ａ）において三角形、或は台形が連なっており、各三角形或は各台形の断面間は、各三角形或は各台形の底角がつながってＶ字型の溝を形成している。
プリズム付き拡散板１１は、入射した光線を透過する必要があるため、透過率が高い材料から形成される。

次に、図４を用いて本発明の第１の形態のバックライト装置に用いるプリズム付き集光シート１２の説明をする。
図４に示すように、プリズム付き集光シート１２は、シート状の基材１４の光の射出面上に平行かつ所定の間隔で複数の突条のプリズム１５を備えており、プリズム１５の断面は三角形の鋸歯状の形状を有している。

プリズム１５は、プリズム付き集光シート１２を長手方向に垂直な方向に切断した断面（Ｂ−Ｂ）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字型の溝を形成している。
プリズム付き集光シート１２に入射した光は、プリズム１５により、その射出光の方向がプリズム付き集光シート１２に直交する方向に近づくよう屈折し集光する。

プリズム付き集光シート１２は、入射した光線を透過する必要があるため透過率の高い材料から形成されている。
更に、シート状の基材１４及びプリズム１５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望ましい。

光源３は、所定の間隔を隔てて複数個設置されている。
また、光源３には、冷陰極管 (Cold Cathode Fluorescent Lamp) が一般的に用いられるが、例えば熱陰極蛍光灯（Hot Cathode Fluorescent Lamp)や、点光源である発光ダイオード (Light Emitting Diode)であってもよい。

次に、上記のように構成された第１の形態のバックライト装置１ａの動作について説明するが、本願における輝度むらとは、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の輝度のむらのことである。

第１の形態のバックライト装置１ａにおいて、光源３から射出される照明光は、輝度むら及び入射角度分布を有するものである。
光源３から射出した照明光は、プリズム付き拡散板１１に入射し、プリズム付き拡散板１１の内部で散乱されプリズム部１３に進む。プリズム部１３では、所定の角度を有する照明光については、プリズム付き拡散板１１に対して直交する方向に近づくように屈折しプリズム部１３から集光して射出される。それ以外の角度でプリズム部１３に進んだ照明光については、プリズム部１３で複数回反射しプリズム付き拡散板１１内部で再度散乱され光源３方向に射出する。

プリズム付き拡散板１１から液晶表示パネル２方向に射出された照明光は、光源３からプリズム付き拡散板１１に入射する照明光に比較して、輝度むらが低減されると共に、射出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。

次に、実際のバックライト装置１ａを用いて輝度むらの状態を測定した結果を示す。
輝度むらは、２つの方法を用いて測定することができる。
一つ目の方法は、面輝度測定システム１６を用いてバックライト装置１ａの面内の輝度を測定するものである。この方法は、図５に示すように、バックライト装置１ａの光射出面の中心位置に正対するよう、中心位置から直交する位置に面輝度測定システム１６を設置し、その位置でバックライト装置１ａの光射出面の全面の輝度を測定するものである。得られた各位置における輝度から輝度むらを数値化するものである。本実施の形態では、面輝度測定システム１６としてRadiant Imaging社製 ProMetric1400を使用した。
二つ目の方法は、バックライト装置１ａの光射出面に正対する位置から目視で観察し、輝度むらを官能的に検査するものである。

まず始めに、図６に示すような光源３と、反射板４と、プリズム付き拡散板１１との構造で輝度むらを測定した。
このとき、各光源３間の距離を光源ピッチＬとし、光源３の中心位置とプリズム付き拡散板１１の光入射面との距離を拡散板距離Ｄとし、反射板４とプリズム付き拡散板１１の光入射面との距離を光学空間距離Ｔとする。

プリズム付き拡散板１１のプリズム部１３について図７を用いてさらに詳細に説明する。
図７には、プリズム部１３における２個のプリズムについて示している。
図７に示すように、プリズムは断面が三角形、或いは略台形の形状である。その底角をプリズム底角θ、プリズムが略台形の場合の仮想三角形までの高さを頂角までのプリズム高さｈとする。また、実際のプリズムの高さをプリズム高さＨとし、プリズム間の距離をプリズムピッチＰとする。

光源ピッチＬを２４ｍｍ、プリズム高さＨを２７、プリズムピッチＰを７０μｍ、プリズム底角θ４０°とした場合のプリズム付き拡散板１１の光射出面の各位置における輝度を、輝度の最大値を１００として規格化したグラフを図８に示す。
図８には、拡散板距離Ｄが５ｍｍの場合と７ｍｍの場合を示す。また、図８には、光源３の位置を合わせて示してある。図８に示すように、光源３の位置に対応する位置の輝度が高く、光源３と光源３との間の位置では輝度が低くなっている。

図８において、輝度の最大値に対する輝度の最小値の割合を輝度振幅とし、それに基づいて図９に拡散板距離Ｄと輝度振幅との関係を示す。また、表１には、拡散板距離Ｄが５ｍｍから８ｍｍに変化させた場合の輝度振幅と目視での輝度むらの評価結果を表す。目視での輝度むらの評価結果は、×，○，◎で表し、×は光学シート部の光射出面側から見た際に光源３部の跡（ランプイメージ）がはっきりと確認でき、液晶ディスプレイとして不適の状態を示す。また、○は、ランプイメージが認識しにくい状態であり、一般的な液晶ディスプレイ用途として可能な状態を示す。更に、◎は、ランプイメージがほとんど認識できない状態であり、テレビ用など輝度むらに対する要求が厳しい高品質の液晶ディスプレイ用途としても利用可能な状態を示す。

図９に実線で示すように、拡散板距離Ｄが大きくなるに従い輝度振幅が小さくなることがわかる。輝度振幅が小さくなるということは、バックライト装置１ａの光射出面内での輝度むらが少なくなることを示すが、表１の目視での輝度むらの評価結果からわかるように液晶ディスプレイの用途としては輝度むらが大きく適していない状態である。
拡散板距離Ｄが大きくなるということは、液晶ディスプレイの厚さ（光射出方向の厚み）が厚くなるということであり、現在要求されている液晶ディスプレイの薄型化とは逆の方向である。

そこで、拡散板距離Ｄを５ｍｍで、プリズム付き拡散板１１のプリズム部１３のプリズムピッチＰを７０μｍに固定した際の、プリズム底角θと輝度むらの関係を評価する。
図１０には、プリズム底角θを変化させた際のバックライト装置１ａのプリズム付き拡散板１１上での輝度の分布を示す。また、表２には、図１０の輝度分布から求めた輝度振幅と目視での輝度むらの評価結果を、プリズム底角θが４０°から７０°に変化させた場合について表す。更に、図１１には、プリズム底角θと輝度振幅との関係を示す。
輝度振幅の算出方法と、目視での輝度むらの評価については前述の方法で行う。

図１０，図１１の実線及び表２から、プリズム底角θが大きくなるに従い、輝度むらが小さくなることがわかる。しかしながら、表２に示すようにプリズム底角θを７０°にした場合でも目視での輝度むらの評価結果は×である。プリズム底角θが７０°の場合の輝度振幅は２２％であり、輝度むらの評価結果を○にするためにはより輝度振幅を小さくする必要がある。

そこで、図１２に示すようにプリズム付き拡散板１１の光射出面上にプリズム付き集光シート１２を設置し輝度むらの低減を図る。ここで図１２は、上述した図２と同様の構成である。
図１３は、光源ピッチＬを２４ｍｍ、プリズム高さＨを２７、プリズムピッチＰを７０μｍ、プリズム底角θ４０°とした場合のプリズム付き集光シート１２の光射出面の各位置における輝度を、輝度の最大値を１００として規格化したグラフである。図１３には、拡散板距離Ｄが５ｍｍの場合と７ｍｍの場合を示す。また、図１３には、光源３の位置を合わせて示してある。

プリズム付き拡散板１１の光射出面上にプリズム付き集光シート１２を設置することにより輝度むらが大幅に低減されることがわかる。この時の輝度振幅と目視での輝度むらの評価結果を表１に示し、図９には拡散板距離Ｄと輝度振幅との関係を点線で示す。
拡散板距離Ｄが７ｍｍ以上にすることにより輝度振幅が１０％と以下となり、目視での輝度むらの評価結果も○となり一般的な液晶ディスプレイ用途として実用に耐えうるレベルになる。

更に、図１２の構成で、拡散板距離Ｄを５ｍｍで、プリズム付き拡散板１１のプリズム部１３のプリズムピッチＰを７０μｍに固定した際の、プリズム底角θと輝度むらの関係を評価する。
表２には、プリズム底角Ｐが４０°から７０°に変化させた場合についての輝度振幅と目視での輝度むらの評価結果を表す。更に、図１１には、プリズム底角Ｐと輝度振幅との関係を点線で示す。

図１１及び表２に示すように、拡散板距離Ｄを５ｍｍの状態で、プリズム底角Ｐが５０°以上にすることにより輝度振幅が１０％と以下となり、目視での輝度むらの評価結果も○となり一般的な液晶ディスプレイ用途として実用に耐えうるレベルになる。
更に、プリズム底角Ｐを７０°にすることにより、テレビ用など輝度むらに対する要求が厳しい高品質の液晶ディスプレイ用途としても利用可能とすることができる。

このように、光学シート部５ａをプリズム付き拡散板１１とプリズム付き集光シート１２の２枚の光学シートから構成し、プリズム底角θを５０°以上にすることにより、拡散板距離Ｄを５ｍｍ（光学空間距離Ｔが８ｍｍ）の状態で、一般的な液晶ディスプレイ用途として実用に耐えうるバックライト装置１ａを得ることができる。
更に、光学シート部５ａをプリズム付き拡散板１１とプリズム付き集光シート１２の２枚の光学シートから構成し、プリズム底角θを７０°以上にすることにより、輝度振幅が５％と以下となり、目視での輝度むらの評価結果も◎となり、拡散板距離Ｄを５ｍｍ（光学空間距離Ｔが８ｍｍ）の状態で、テレビ用など輝度むらに対する要求が厳しい高品質の液晶ディスプレイ用途として実用に耐えうるバックライト装置１ａを得ることができる。

（第２の形態のバックライト装置）
次に、液晶ディスプレイの輝度むらを第１の形態のバックライト装置１ａ以上に低減するために、第１の形態のバックライト装置１ａに、拡散シート２１（第２の散乱集光手段）を追加した第２の形態のバックライト装置１ｂについて説明する。
第２の形態のバックライト装置１ｂの形態について図１４を用いて説明する。第２の形態のバックライト装置１ｂは、第１の形態のバックライト装置１ａのプリズム付き集光シート１２の光射出面上に拡散シート２１を配置した構成である。つまり、第２の形態のバックライト装置１ｂの光学シート部５ｂは、プリズム付き拡散板１１と、プリズム付き集光シート１２と、拡散シート２１とから構成される。

拡散シート２１は、図１５に示すように、入射した光線を透過する必要があるため透過率の高い材料から形成されおり、シート状の基材上に拡散材が配置された構成となっている。
拡散シート２１は、光入射面から入射した照明光を内部で散乱させ、照明光を散乱させることにより、拡散シート２１の光射出面から射出する照明光の輝度むらを低減するものである。

図１６は、光源ピッチＬを２４ｍｍ、プリズム高さＨを２７、プリズムピッチＰを７０μｍ、プリズム底角θ４０°とした場合の拡散シート２１の光射出面の各位置における輝度を、輝度の最大値を１００として規格化したグラフである。
図１６には、拡散板距離Ｄが５ｍｍの場合と７ｍｍの場合を示す。また、図１６には、光源３の位置を合わせて示してある。

図１６と図１３とを比較すると、図１３に比べ図１６の線は、平滑化しており振幅も小さくなっていることがわかる。
更に、表１に拡散板距離Ｄを５ｍｍから７ｍｍに変化させた際の輝度振幅と、目視での輝度むらの評価結果の示し、図９には拡散板距離Ｄと輝度振幅の関係を一点鎖線で示す。

図９及び表１から、プリズム付き集光シート１２上に拡散シート２１を配置することにより、拡散板距離Ｄを６ｍｍ以上で輝度振幅が１０％と以下となり、目視での輝度むらの評価結果も○となり一般的な液晶ディスプレイ用途として実用に耐えうるレベルになる。
更に、拡散板距離Ｄを７ｍｍ以上にすることにより、テレビ用など輝度むらに対する要求が厳しい高品質の液晶ディスプレイ用途としても利用可能とすることができる。

このように、光学シート部５ｂをプリズム付き拡散板１１とプリズム付き集光シート１２と拡散シート２１の３枚の光学シートから構成し、拡散板距離Ｄを６ｍｍ以上にすることにより、一般的な液晶ディスプレイ用途として実用に耐えうるバックライト装置１ａを得ることができる。
更に、光学シート部５ｂをプリズム付き拡散板１１とプリズム付き集光シート１２と拡散シート２１の３枚の光学シートから構成し、拡散板距離Ｄを７ｍｍ以上にすることにより、テレビ用など輝度むらに対する要求が厳しい高品質の液晶ディスプレイ用途として実用に耐えうるバックライト装置１ｂを得ることができる。

また、図１４の構成で、拡散板距離Ｄを５ｍｍで、プリズム付き拡散板１１のプリズム部１３のプリズムピッチＰを７０μｍに固定した際の、プリズム底角θと輝度むらの関係を評価する。
表２には、プリズム底角Ｐが４０°から７０°に変化させた場合についての輝度振幅と目視での輝度むらの評価結果を表す。更に、図１１には、プリズム底角θと輝度振幅との関係を一点鎖線で示す。

図１１の一点鎖線及び表２に示すように、拡散板距離Ｄを５ｍｍの状態で、プリズム底角θが４５°以上にすることにより輝度振幅が１０％と以下となり、目視での輝度むらの評価結果も○となり一般的な液晶ディスプレイ用途として実用に耐えうるレベルになる。
更に、プリズム底角θを５０°にすることにより、輝度振幅が５％と以下となり、目視での輝度むらの評価結果も◎となりテレビ用など輝度むらに対する要求が厳しい高品質の液晶ディスプレイ用途としても利用可能とすることができる。

このように、光学シート部５ｂをプリズム付き拡散板１１とプリズム付き集光シート１２と拡散シート２１の３枚の光学シートから構成し、プリズム底角θを４５°以上にすることにより、拡散板距離Ｄが５ｍｍ（光学空間距離Ｔが８ｍｍ）の状態で、一般的な液晶ディスプレイ用途として実用に耐えうるバックライト装置１ｂを得ることができる。
更に、光学シート部５ｂをプリズム付き拡散板１１とプリズム付き集光シート１２と拡散シート２１の３枚の光学シートから構成し、プリズム底角θを５０°以上にすることにより、拡散板距離Ｄを５ｍｍ（光学空間距離Ｔが８ｍｍ）の状態で、テレビ用など輝度むらに対する要求が厳しい高品質の液晶ディスプレイ用途として実用に耐えうるバックライト装置１ｂを得ることができる。

また、第１及び第２の形態のバックライト装置１ａ，１ｂの変形例として、プリズム付き拡散板１１のプリズム部１３のプリズム高さＨを変化させた場合について説明する。この形態では、プリズム部１３の頂角を削除しプリズム部１３の断面形状が台形となるようにするものである。
光源ピッチＬを２４ｍｍ、拡散板距離Ｄを５ｍｍ、プリズムピッチＰを７０μｍ、プリズム底角θ６０°、仮想三角形までの高さ（頂角までのプリズム高さ）ｈを６１μｍとした場合のプリズム付き拡散板１１の光射出面の各位置における輝度を、輝度の最大値を１００として規格化したグラフを図１７に示す。

更に、表３には、プリズム高さＨを４０μｍから５３μｍに変化させた場合についての輝度振幅と目視での輝度むらの評価結果を表す。また、図１８には、プリズム高さＨと輝度振幅との関係を、プリズム付き拡散板１１上で測定した場合の結果を実線で示し、プリズム付き集光シート１２上で測定した場合の結果を点線で示す。

図１７，図１８及び表３からわかるように、プリズム高さＨが変化した場合においても、輝度むらの大きくは変化しない。このことは、プリズム付き拡散板１１のプリズム部１３を形成する際に、プリズム部１３の頂角が変形した場合でも十分な輝度むら特性を奏することができることを意味する。
これにより、プリズム付き拡散板１１の精度を下げることができると共に、プリズム付き拡散板１１のコストを低減できるという効果を得ることができる。

（第３の形態のバックライト装置）
次に、液晶ディスプレイの一層の薄型化のため、拡散板距離Ｄを５ｍｍ以下にすることができる第３の形態のバックライト装置１ｃについて以下に説明する。
光源ピッチＬを２４ｍｍとし、拡散板距離Ｄを２ｍｍから５ｍｍまで変化させ、プリズムピッチＰを７０μｍとし、プリズム底角θを６０°から７０°に変化させた場合の、輝度振幅と目視での輝度むらの評価結果を表４に示す。また、プリズム底角θと拡散板距離Ｄとを変化させた際の、輝度振幅を図１９に示す。
表４には、プリズム付き拡散板１１上，プリズム付き集光シート１２上及び拡散シート２１上でのそれぞれの輝度分布から求めた輝度振幅を示すと共に、プリズム付き拡散板１１上，プリズム付き集光シート１２上及び拡散シート２１上でのそれぞれの目視での輝度むらの評価結果も合わせて示す。
更に、図１９には、拡散シート２１上でのそれぞれの輝度分布から求めた輝度振幅と、プリズム底角θと、拡散板距離Ｄとの関係を示す。

表４示すように、光学シート部１ｃをプリズム付き拡散板１１及びプリズム付き集光シート１２で構成し、拡散板距離Ｄを４ｍｍにした場合、プリズム底角θが６０°以上にすることにより輝度振幅が１０％と以下となり、目視での輝度むらの評価結果も○となり一般的な液晶ディスプレイ用途として実用に耐えうるレベルになる。
表４示すように、光学シート部１ｃをプリズム付き拡散板１１及びプリズム付き集光シート１２で構成し、拡散板距離Ｄを３ｍｍにした場合、プリズム底角θが６５°以上にすることにより輝度振幅が１０％と以下となり、目視での輝度むらの評価結果も○となり一般的な液晶ディスプレイ用途として実用に耐えうるレベルになる。
表４示すように、光学シート部１ｃをプリズム付き拡散板１１及びプリズム付き集光シート１２で構成し、拡散板距離Ｄを２ｍｍにした場合、プリズム底角θが７０°以上にすることにより輝度振幅が１０％と以下となり、目視での輝度むらの評価結果も○となり一般的な液晶ディスプレイ用途として実用に耐えうるレベルになる。

図１９の点線及び表４示すように、光学シート部１ｃをプリズム付き拡散板１１とプリズム付き集光シート１２と拡散シート２１とで構成し、拡散板距離Ｄを４ｍｍにした場合、プリズム底角θが６０°以上にすることにより輝度振幅が５％と以下となり、目視での輝度むらの評価結果も◎となりテレビ用など輝度むらに対する要求が厳しい高品質の液晶ディスプレイ用途としても利用可能とすることができる。

図１９の一点鎖線及び表４示すように、光学シート部１ｃをプリズム付き拡散板１１とプリズム付き集光シート１２と拡散シート２１とで構成し、拡散板距離Ｄを３ｍｍにした場合、プリズム底角θが６０°以上にすることにより輝度振幅が１０％と以下となり、目視での輝度むらの評価結果も○となり一般的な液晶ディスプレイ用途として実用に耐えうるレベルになる。
更に、プリズム底角θを６５°以上にすることにより輝度振幅が５％と以下となり、目視での輝度むらの評価結果も◎となりテレビ用など輝度むらに対する要求が厳しい高品質の液晶ディスプレイ用途としても利用可能とすることができる。

図１９の二点鎖線及び表４示すように、光学シート部１ｃをプリズム付き拡散板１１とプリズム付き集光シート１２と拡散シート２１とで構成し、拡散板距離Ｄを２ｍｍにした場合、プリズム底角θが６０°以上にすることにより輝度振幅が１０％と以下となり、目視での輝度むらの評価結果も○となり一般的な液晶ディスプレイ用途として実用に耐えうるレベルになる。
更に、プリズム底角θを７０°以上にすることにより輝度振幅が５％と以下となり、目視での輝度むらの評価結果も◎となりテレビ用など輝度むらに対する要求が厳しい高品質の液晶ディスプレイ用途としても利用可能とすることができる。

このように、プリズム底角θを適宜調整することにより、従来の拡散板距離（Ｄ＝５ｍｍ）より狭くすることができ、液晶ディスプレイを薄型化することができる。

第１の形態のバックライト装置１ａ，第２の形態のバックライト装置１ｂ及び第３の形態のバックライト装置１ｃに用いるプリズム付き集光シート１２を図２０に示すようなシリンドリカルレンズ２２とすることもできる。
図２０に示すように、シリンドリカルレンズ２２は、シート状の基材２３の光の射出面上に平行かつ所定の間隔で複数の突条のシリンドリカルレンズ部２４を備えており、シリンドリカルレンズ部２４の断面は略半球状の形状を有している。

シリンドリカルレンズ部２４は、を長手方向に垂直な方向に切断した断面において同一方向を向いた略半球が連なっており、各略半球の断面間は各略半球の底角がつながって略Ｖ字型の溝を形成している。
シリンドリカルレンズ２２に入射した光は、シリンドリカルレンズ部２４により、その射出光の方向がシリンドリカルレンズ２２に直交する方向に近づくよう屈折し集光する。

シリンドリカルレンズ２２は、入射した光線を透過する必要があるため透過率の高い材料から形成されている。
更に、シート状の基材２３及びシリンドリカルレンズ部２４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望ましい。

また、第３の形態のバックライト装置１ｃに用いる拡散シート２１の別の実施形態であるマイクロレンズ付き光学シート２５，２６について、図２１及び図２２を用いて説明する。
図２１及び図２２に示すように、マイクロレンズ付き光学シート２５，２６は、シート状の基材２７上の光が射出する側に、多数のマイクロレンズ２８が２次元配列されている。
マイクロレンズ２５，２６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２７及びマイクロレンズ２８は、どちらも入射した光線を透過する必要があるため透過率の高い材料から形成されている。更に、配光性を制御するため、必要に応じて拡散剤を添加する場合がある。
更に、シート状の基材２７及びマイクロレンズ２５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。

このマイクロレンズ付き光学シート２５，２６は、表面の複数のマイクロレンズ２８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２８は、シート状の基材２７の表面に緻密に配列されている。マイクロレンズ２８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２８をシート状の基材２７上に隙間無く配列することが望まれる。
好適な例としては、図２１に示すように、光の射出側から見た場合のマイクロレンズ２８の基材２７と接する面における直径を各マイクロレンズ２８で変化させるような配列がある。

マイクロレンズ付き光学シートのより好適な例としては、図２２に示すように、細密にマイクロレンズ２８をシート状の基材２７上に充填し、光の射出面に平坦部のないマイクロレンズ２８の配列で、光の射出面から見た場合にマイクロレンズ２８同士の接線がそれぞれ正六角形の格子パターンを形成するような配列である。この構造は、平坦部がなく、シート状の基材２７が光の射出面から見えないため、入射光が直進する割合が少なく、良好な集光性が得られる。

（第４の形態のバックライト装置）
更に、第３の形態のバックライト装置１ｃの光射出面（拡散シート２１）上に偏光分離シート３１（偏光分離部）を設置した第４の形態のバックライト装置１ｄを図２３に示す。
偏光分離シート３１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。

拡散シート２１から射出した照明光を偏光分離シート３１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３１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３１を射出した照明光は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。

以下、第４の形態のバックライト装置１ｄの構造を用いた液晶モジュール４１について説明する。第１の形態のバックライト装置１ａ，第２の形態のバックライト装置１ｂ，及び第３の形態のバックライト装置１ｃについても同様の形状であるためここでは、第４の形態のバックライト装置１ｄを用いた場合のみについて説明する。
図２４は、第２の光学シート部５ｂを用いたバックライト装置１ｂの部分断面図である。

図２４に示すように、平面形状が長方形であり、複数本の線状の光源３と、光源を射出した照明光の輝度ムラなどの特性を向上する光学シート部５ｄと、光源を射出した照明光のうち光学シート部５ｄと反対方向に射出した光を光学シート部５ｄ方向に反射する反射板４と、光源３，反射板４及び光学シート部５ｄを固定し保持する板金４２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中心から光学シート部５ｄの最も光源に近い面までの距離である拡散板距離Ｄを５ｍｍとした。
更に、反射板４は、表面が白色であり、光源３に対向する面は平面であり板金４２と固定されている。反射板４の側面は、光源３から側面方向に射出した光を光学シート部５ｄ方向へ導くため、光学シート部５ｄ側が広がるように傾斜して設置されている。

更に、光学シート部５ｄは、光源３に近い側からプリズム付き拡散板１１と、プリズム付き集光シート１２、拡散シート２１と、偏光分離シート３１とがこの順で順次積重なるように配設されている。
また、プリズム付き拡散板１１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。

図２５は、本発明の第４の形態のバックライト装置１ｄを用いた液晶モジュール４１を示す斜視展開図である。
図２５に示すように、液晶モジュール４１は、光源３，反射板４及び板金４２上に形成された光学シート部５ｄと、光学シート部５ｄを固定するパネルシャーシ４３と、液晶表示パネル２と、液晶表示パネル２を固定するベゼル４４を有し、これらを順次組立てることにより形成される。

図２６は、本発明のバックライト装置１ｄを用いた液晶ディスプレイ５１の斜視図である
液晶ディスプレイ５１は、液晶モジュール４１に液晶パネル２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。

液晶ディスプレイ５１の駆動回路６１を、図２７に示す。
図２７に示すように、駆動回路６１は、映像信号処理回路６２，液晶駆動回路６３，電源供給回路６４，バックライト駆動回路６５とから構成される。
外部から入力した映像信号は、映像信号処理回路６２に入力しさまざまな信号補正が施され、液晶駆動回路６３に供給される。液晶駆動回路６３では、入力した映像信号に基づき液晶を駆動する駆動信号を発生し液晶パネル２に供給する。
また、電源供給回路６４からは、駆動回路６１、映像信号処理回路６２，バックライト駆動回路６５にそれぞれ所定の電圧が供給され駆動状態とされている。

バックライト駆動回路６５は、バックライト装置１を駆動するためのバックライト駆動信号をバックライト装置１に供給する。
バックライト装置１は、バックライト駆動信号に基づいて駆動され、バックライト装置１から射出した照明光は液晶パネル２に供給される。液晶パネル２は、駆動信号に基づいて駆動され、映像を液晶パネル２の表示面に表示する。

以上、説明したように、本発明によれば、液晶ディスプレイ５１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３と光学シート部５との距離を５ｍｍの状態で光学シートの枚数を削減することができる。液晶ディスプレイ５１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、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る。

１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ…バックライト装置、２…液晶表示パネル、３…光源、４…反射板、５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ…光学シート部、１１…プリズム付き拡散板（散乱集光手段）、１２…プリズム付き集光シート（集光手段）、１３…プリズム部、１４…シート状の基材、１５…プリズム、１６…面輝度測定システム、２１…拡散シート、２２…シリンドリカルレンズ、２３…シート状の基材、２４…シリンドリカルレンズ部、２５，２６…マイクロレンズ付き光学シート、２７…シート状の基材、２８…マイクロレンズ、３１…偏光分離シート（偏光分離手段）、４１…液晶モジュール、４２…板金、４３…パネルシャーシ、４４…ベゼル、５１…液晶ディスプレイ、６１…駆動回路

Claims (5)

1. 入射した光を反射する反射板と、
   前記反射板から離隔して配置され、照明光を射出する光源と、
   一面に凸状の第１のプリズムが所定の間隔で形成され、前記光源を挟んで前記反射板と対向する位置に前記光源と離隔して配置され、前記光源から射出した前記照明光を散乱させると共に、前記第１のプリズムにおいて前記照明光を集光する第1の散乱集光手段と、
   一面に凸状の第２のプリズムが形成され、前記散乱集光手段から射出した照明光を集光する集光手段と、
   を順次配置し、
   前記散乱集光手段の前記第１のプリズムの断面は略三角形または等脚台形状で、前記第１のプリズムの底角が５０度以上７０度以下の範囲であり、前記各一面は、前記照明光の射出側であることを特徴とするバックライト装置。
2. 一面に略球形の拡散材あるいは略半球形のマイクロレンズが形成され、前記集光手段を射出した前記照明光を散乱又は集光する第２の散乱集光手段と、
   を更に備え、前記第１のプリズムの底角が４５度以上７０度以下の範囲であることを特徴とする請求項１記載のバックライト装置。
3. 前記第２の散乱集光手段を射出した前記照明光が入射し、入射した前記照明光のうち第１の偏光を透過し、第２の偏光を反射する偏光分離手段を有することを特徴とする請求項１記載または請求項２記載のバックライト装置。
4. 請求項１乃至請求項３いずれか１項に記載のバックライト装置と、
   前記光源を挟んで前記反射板と対向する位置に配設される液晶パネルを有することを特徴とする液晶モジュール。
5. 請求項４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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