JP2015180952A - プリズムシート、面光源装置、映像源ユニット、及び液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】隠蔽性を有しつつも、ギラツキの発生を抑制し、さらに輝度の低下も少ないプリズムシートを提供する。
【解決手段】光透過性を有するシート状の本体部３１と、本体部の一方の面側に配置され、複数の凸状の単位プリズム３２ａがシート面に沿った方向に配列された単位プリズム部３２と、本体部の他方の面側に配置された光拡散層３３と、を備え、単位プリズムは、凸状の先端における頂角が８０°以下であり、複数の単位プリズムのピッチをＰ（μｍ）、光拡散層の表面粗さをＲａ（μｍ）としたとき、Ｒａ≦−０．０２９６・Ｐ＋１．９４４１が成り立つ。
【選択図】図５

Description

本発明は、表示装置の照明として機能する面光源装置に具備されるプリズムシート、これを用いた面光源装置、映像源ユニット、及び液晶表示装置に関する。

液晶テレビ等の液晶表示装置は、映像情報を含む液晶パネルに対して、該液晶パネルの背面側に配置された面光源装置（バックライト）を照明として用いることで映像を観察者に視認可能に提供する。

このような面光源装置として例えば特許文献１に記載の技術が開示されている。これによれば、面光源装置は、光源、光源を導光方向に導いて面状に広げて出光する導光板（導光体）、及び光を所定の方向に偏向する（光を所定の進行方向に変える。）プリズムシート（レンズシート）を有して構成される。

このうち、プリズムシートは、導光板の出光面側と液晶パネルとの間に配置され、光が液晶パネルを効率よく透過できるように導光板からの光を偏向するものである。そのためにプリズムシートには導光板側、すなわち入光側に複数の単位プリズムが配列してある。一方、プリズムシートのうち、単位プリズムが配置されない出光面側には光拡散剤を含有させた層が積層されている。

特許文献１に記載の発明には、さらに所定の条件を満たすことにより、隠蔽性を維持し、ギラツキを防止しつつ視野角を広げることが記載されている。

特開２０１０−２２４２５１号公報

しかしながら、特許文献１にも記載されているように従来におけるこのような面光源装置では隠蔽性を高めてギラツキを防止するために、拡散剤を有する層が高いヘイズを有している必要があった（特許文献１における請求項１の記載。）。ところが、このような高いヘイズを有する光学部材では輝度の低下を招き、面光源装置からの光を効率よく利用する観点から改善の必要があった。また、面光源装置は照明光を提供する装置であることから明るい（輝度が高い）ことは重要な性能の１つである。特許文献１に記載の発明も輝度の低下を抑制できるとしているものの、高いヘイズに起因して必ずしも十分な輝度であるとは言えなかった。

ここで、ギラツキは次のように定義される。すなわち、ギラツキはシンチレーションとも呼ばれ、表示装置の画面を点灯した際、画面に細かい粒状の輝度のむらが現れ、視角を変えていくとその粒状の輝度むらの位置が移り変わっていくように見える現象である。

以上の点を鑑み、本発明は、隠蔽性を有しつつも、ギラツキの発生を抑制し、さらに輝度の低下も少ないプリズムシートを提供することを課題とする。また、これを用いた面光源装置、映像源ユニット、及び液晶表示装置を提供する。

以下、本発明について説明する。なお、ここでは本発明の理解を容易にするために添付図面の参照符号を括弧書きにて付記するが、それにより本発明が図示の形態に限定されるものではない。

請求項１に記載の発明は、入射した光の向きを変えて出射するプリズムシート（３０）であって、光透過性を有するシート状の本体部（３１）と、本体部の一方の面側に配置され、複数の凸状の単位プリズム（３２ａ）がシート面に沿った方向に配列された単位プリズム部（３２）と、本体部の他方の面側に配置された光拡散層（３３）と、を備え、単位プリズムは、凸状の先端における頂角が８０°以下であり、複数の単位プリズムのピッチをＰ（μｍ）、光拡散層の表面粗さをＲａ（μｍ）としたとき、
Ｒａ≦−０．０２９６・Ｐ＋１．９４４１
が成り立つ、プリズムシートである。

請求項２に記載の発明は、光源（２６）と、光源から出射された光を導光する導光板（２１）と、導光板の出光面側に配置されるプリズムシート（３０）と、を備え、プリズムシートは、光透過性を有するシート状の本体部（３１）と、本体部より導光板側に配置され、複数の凸状の単位プリズム（３２ａ）がシート面に沿った方向に配列された単位プリズム部（３２）と、本体部のうち導光板側とは反対側に配置された光拡散層（３３）と、を備え、複数の単位プリズムのピッチをＰ（μｍ）、光拡散層の表面粗さをＲａ（μｍ）としたとき、
Ｒａ≦−０．０２９６・Ｐ＋１．９４４１
が成り立つ、面光源装置（２０）である。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の面光源装置（２０）と、面光源装置の出光側に配置された液晶パネル（１５）と、を備える映像源ユニット（１０）である。

請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の映像源ユニット（１０）と、映像源ユニットを内包する筐体と、を備える液晶表示装置である。

本発明によれば、隠蔽性を確保するために光拡散層を設けても、ギラツキの発生及び輝度の低下を抑制することができる。

１つの形態にかかる映像源ユニットを説明する分解斜視図である。 映像源ユニットの１つの断面（図１のＩＩ−ＩＩに沿った断面）を示す分解図である。 映像源ユニットの他の断面（図１のＩＩＩ−ＩＩＩに沿った断面）を示す分解図である。 導光板の一部を拡大した図である。 プリズムシートの一部を拡大した図である。 実施例に用いた単位プリズムの形状の１つの例を説明する図である。 実施例に用いた単位プリズムの形状の他方の例を説明する図である。 実施例における単位プリズムのピッチと光拡散層の表面粗さＲａとの関係を表すグラフである。

以下、本発明を図面に示す形態に基づき説明する。ただし、本発明はこれら形態に限定されるものではない。また、以下に示す各図では、理解しやすさのため部材の大きさや形状を誇張して記載することがあり、見易さのため、繰り返しとなる符号は省略することがある。

図１は１つの形態にかかる液晶表示装置に含まれる映像源ユニット１０を概念的に表した分解斜視図である。
液晶表示装置は、映像源ユニット１０を有しており、映像源ユニット１０に含まれる面光源装置２０から出射された白色の光源光が液晶パネル１５を透過して映像情報を得てから観察者側に提供される。液晶表示装置は不図示の筐体を備え、ここに映像源ユニット１０が内蔵される。筐体は液晶表示装置の外殻を形成し、液晶表示装置を構成する部材の大部分をその内側に収める部材である。また筐体は映像源ユニット１０を支持可能に開口を有しており、該開口に映像源ユニット１０が嵌め込まれて取り付けられている。その他、液晶表示装置には液晶表示装置として機能するための各種公知の構成部材が備えられている。

映像源ユニット１０は、液晶パネル１５、面光源装置２０、及び機能性シート４１を備えている。ここで図１では紙面上方が観察者側となる。

液晶パネル１５は、観察者側に配置された上偏光板１３、面光源装置２０側に配置された下偏光板１４、及び、上偏光板１３と下偏光板１４との間に配置された液晶層１２を有している。上偏光板１３、下偏光板１４は、入射した光を直交する二つの偏光成分（Ｐ波及びＳ波）に分解し、一方の方向（透過軸と平行な方向）の偏光成分（例えば、Ｐ波）を透過させ、当該一方の方向に直交する他方の方向（吸収軸と平行な方向）の偏光成分（例えば、Ｓ波）を吸収する機能を有している。

液晶層１２は、一つの画素を形成する領域毎に、電界印加がなされ得るようになっている。そして、電界印加された液晶層１２の配向は変化するようになる。面光源装置２０側（すなわち入光側）に配置された下偏光板１４を透過した特定方向の偏光成分（例えばＰ波）は、電界印加された液晶層１２を通過する際にその偏光方向を９０°回転させ、その一方で、電界印加されていない液晶層１２を通過する際にその偏光方向を維持する。このため、液晶層１２への電界印加の有無によって、下偏光板１４を透過した特定方向の偏光成分（Ｐ波）が、下偏光板１４の出光側に配置された上偏光板１３をさらに透過するか、又は、上偏光板１３で吸収されて遮断されるか、を制御することができる。

このようにして液晶パネル１５では、面光源装置２０からの光の透過又は遮断を画素毎に制御し、映像を表現することができるように構成されている。液晶パネルにはその形式に様々なものがあるが、特に限定されることなく用いることができる。

次に面光源装置２０について説明する。図２には、図１にＩＩ−ＩＩで示した線に沿った面光源装置２０の厚さ方向（図１の紙面上下方向）断面図、図３には同ＩＩＩ−ＩＩＩで示した線に沿った面光源装置２０の厚さ方向（図１の紙面上下方向）断面図を示した。
面光源装置２０は、液晶パネル１５を挟んで観察者側とは反対側に配置され、液晶パネル１５に面状の光を出射する照明装置である。図１から図３よりわかるように、本形態では面光源装置２０は、エッジライト型の面光源装置として構成され、導光板２１、光源２６、プリズムシート３０、及び反射シート４０を有している。

導光板２１は、図１から図３よりわかるように、基部２２、裏面プリズム部２３、及び単位光学要素部２４を有している。導光板２１は透光性を有する材料により形成された全体として板状の部材であり、一方の板面側に単位光学要素部２４が配置されて出光面が形成されている。他方の板面側は裏面とされ、裏面プリズム部２３が形成されている。すなわち導光板２１にはその表裏面のそれぞれに凹凸形状を備えている。

基部２２、裏面プリズム部２３、及び単位光学要素部２４をなす材料としては、種々の材料を使用することができる。ただし、表示装置に組み込まれる光学シート用の材料として広く使用され、優れた機械的特性、光学特性、安定性及び加工性等を有するとともに安価に入手可能な材料を用いることができる。これには例えば脂環式構造を有する重合体樹脂、メタクリル樹脂、ポリカーボネート、ポリスチレン、アクリロニトリル−スチレン共重合体、メタクリル酸メチル−スチレン共重合体、ＡＢＳ樹脂、ポリエーテルスルホン等の熱可塑性樹脂や、エポキシアクリレートやウレタンアクリレート系の反応性樹脂（電離放射線硬化型樹脂等）等を挙げることができる。

基部２２は、裏面プリズム部２３及び単位光学要素部２４のベースとなる部位で、所定の厚さを有する板状である。

裏面プリズム部２３は、基部２２の裏面側（単位光学要素部２４が配置される側とは反対側の板面）に形成される凹凸形状であり、図１から図３よりわかるように、本形態では三角柱状の複数の単位裏面プリズム２３ａが配列されている。単位裏面プリズム２３ａは、凸部の稜線が図１の紙面左右方向に延びる柱状であり、複数の単位裏面プリズム２３ａは当該延びる方向に直交する方向に所定のピッチで並べて配列されている。本形態の単位裏面プリズム２３ａは断面が三角形であるがこれに限定されることはなく、四角形や五角形等の多角形、半球状、球の一部、レンズ形状等いずれの形状であってもよい。

単位光学要素部２４は、基部２２のうち裏面プリズム部２３とは反対側（観察者側の面）に形成される凹凸形状であり、複数の凸部である単位光学要素２４ａが配列されている。単位光学要素２４ａは導光板２１を面光源装置に用いた場合に出光面として機能する部位である。
単位光学要素２４ａは、図１、図３に表されるように断面五角形を有し該断面を維持してその稜線が一方に延びる柱状の要素である。単位光学要素２４ａの稜線が延在する方向は、単位光学要素２４ａが配列される方向及び単位裏面プリズム２３ａの稜線が延びる方向に対して直交する方向である。すなわち単位光学要素２４ａはその稜線が単位裏面プリズム２３ａの稜線と平面視で直交するように構成されている。

図４には図３のうち導光板２１の一部を拡大した図を示した。単位光学要素２４ａは、基部２２の一方の面上に１つの辺を有し、他の４つの辺が基部２２から突出する凸部となる五角形形状を有している。

ただし、本形態の断面は五角形であるが必ずしもこれに限定されることなく、三角形、四角形をはじめとする多角形、半球状、球の一部、レンズ形状等いずれの形状であってもよい。

なお、本件明細書における形状（例えば五角形）とは、厳密な意味での形状（例えば厳密な五角形形状）のみでなく、製造技術における限界や成型時の誤差等を含む形状（例えば略五角形形状）を含む。また同様に、本件明細書において用いる、その他の形状や幾何学的条件を特定する用語、例えば、「平行」、「直交」、「楕円」、「円」等の用語も、厳密な意味に縛られることなく、同様の光学的機能を期待し得る程度の誤差を含めて解釈することとする。

以上のような構成を有する導光板２１の寸法は、一例として、以下のように設定され得る。まず、単位光学要素２４ａの具体例として、導光板２１の板面に沿った幅Ｗ_ａ（図４参照）は２０μｍ以上５００μｍ以下とすることができ、導光板２１の板面への法線方向ｎ_ｄに沿った単位光学要素２４ａの高さＨ_ａ（図４参照）を４μｍ以上２５０μｍ以下とすることができる。また、単位光学要素２４ａの頂角θ_４（図４参照）を９０°以上１５０°以下とすることができる。
一方、基部２２の厚さは、０．２０ｍｍ以上６ｍｍ以下とすることができる。

以上のような構成を備える導光板２１は、押し出し成型により、又は、基部２２上に単位裏面プリズム２３ａ、及び／又は単位光学要素２４ａを賦型することにより、製造することができる。なお、押し出し成型で製造された導光板２１においては、基部２２に対して、裏面プリズム部２３、及び単位光学要素部２４の少なくとも一方が一体的に形成され得る。また、賦型によって導光板２１を製造する場合、裏面プリズム部２３、単位光学要素部２４が、基部２２と同一の樹脂材料であっても、異なる材料であってもよい。

図１、図２、図３に戻って、光源２６について説明する。光源２６は、導光板２１の基部２２の２組の側面のうち、単位光学要素２４ａの稜線が延びる方向である長手方向両端となる一組の側面の一方又は両方に配置される（図１から図３は一方の例である。）。光源の種類は特に限定されるものではないが、線状の冷陰極管等の蛍光灯、点状のＬＥＤ（発光ダイオード）、又は白熱電球等の種々の態様で構成され得る。本形態では光源２６は複数のＬＥＤを具備してなり、不図示の制御装置によりＬＥＤの出力、すなわち、ＬＥＤの点灯、消灯、及び／又は、ＬＥＤの点灯時の明るさを制御する。複数のＬＥＤは全てまとめて制御されてもよいし、個別に制御できるものであってもよい。

次にプリズムシート３０について説明する。図１から図３よりわかるように、プリズムシート３０は、シート状に形成された本体部３１と、本体部３１の面のうち、導光板２１に対向する面、すなわち入光側面に設けられた単位プリズム部３２と、本体部３１の面のうち、単位プリズム部３２とは反対側の面、すなわち出光側面に設けられた光拡散層３３と、を備えている。

このプリズムシート３０は、後述するように、入光側から入射した光の進行方向を変化させて出光側から出射させ、正面方向（法線方向）の輝度を集中的に向上させる機能（集光機能）を有している。この集光機能は、主として、プリズムシート３０のうち、単位プリズム部３２によって発揮される。また、プリズムシート３０は液晶パネル１５との間における干渉縞発生の防止、及びキズ等の不具合を隠す機能を有している。この機能は主として光拡散層３３によって発揮される。

図１から図３に示すように、本体部３１は、単位プリズム部３２及び光拡散層３３を支持する機能を有する平板状のシート状部材である。

単位プリズム部３２は、図１から図３によく表れているように、複数の単位プリズム３２ａが本体部３１の入光側面に沿って並べられるように配列されている。より具体的には、単位プリズム３２ａは、当該並べられる方向に直交する方向に、図２に示した所定の断面形状を維持して稜線が延びるように形成された柱状の部材である。その稜線が延びる方向は、単位プリズム３２ａが並べられる方向に直交する他、上記した導光板２１の単位光学要素２４ａの稜線が延びる方向に対して８０°以上１００°以下の範囲でずれた方向である。より好ましくは８５°以上９５°以下である。従って、単位プリズム３２ａの稜線が延びる方向と単位光学要素２４ａの稜線が延びる方向とは表示装置を正面から見た場合に直交することもある。

また、単位プリズム３２ａの稜線が延びる方向である長手方向は、正面から観察した場合に、液晶パネル１５の下偏光板１４の透過軸と交差していることが好ましい。より好ましくは、プリズムシート３０の単位プリズム３２ａの長手方向は、液晶パネル１５の下偏光板１４の透過軸に対して、表示装置の表示面と平行な面（プリズムシート３０の本体部３１のシート面と平行な面）上で４５°より大きく１３５°より小さい角度で交差している。なお、ここでいう角度は、単位プリズム３２ａの長手方向と下偏光板１４の透過軸とによってなされる角度のうちの、小さい方の角度、すなわち、１８０°以下の角度のことを意味している。とりわけ、本形態においては、プリズムシート３０の単位プリズム３２ａの長手方向は、液晶パネル１５の下偏光板１４の透過軸に対して直交していることが好ましく、プリズムシート３０の単位プリズム３２ａが並べられる方向は、液晶パネル１５の下偏光板１４の透過軸と平行になっていることが好ましい。

次に単位プリズム３２ａの配列方向の断面形状について説明する。図５は、図２のうち、プリズムシート３０の一部を拡大した図である。図５ではｎ_ｄは本体部３１のシート面の法線方向を表わしている。

図５からわかるように、本形態では、単位プリズム３２ａは、本体部３１から導光板２１側に突出した二等辺三角形の断面を有している。すなわち、本体部３１のシート面と平行な方向の単位プリズム３２ａの幅は、本体部３１の法線方向ｎ_ｄに沿って本体部３１から離れるにつれて小さくなる。

また、本形態では、単位プリズム３２ａの外輪郭は、本体部３１の法線方向ｎ_ｄと平行な軸を対称軸として、線対称となっており、断面が二等辺三角形である。これにより、プリズムシート３０の出光面における輝度は、単位プリズム３２ａの配列方向に平行な面において、正面方向を中心として対称的な輝度の角度分布を有するようになる。

ここで、単位プリズム３２ａの寸法は特に限定されるものではないが、単位プリズム３２ａの凸状である先端における頂角θ_５（図５参照）は８０°以下であることが好ましい。これにより導光板２１の出光面に対向して配置されるという単位プリズム３２ａの配置形態において、より適切な集光特性を得ることができる。より好ましい頂角θ_５は６０°以上８０°以下である。また、底辺幅ＷはピッチＰと同じであることが好ましい。そして隣り合う単位プリズム３２ａ間のピッチＰは１０μｍ以上とする。ピッチＰに関する他の規定については、後で説明する。

本形態では上記のように断面形状が三角形である単位プリズムについて説明したが、これに限定されるものでなく、当該三角形の頂部が短い上底となる台形であってもよい。また斜面の一方及び／又は他方の形状が折れ線状や曲線であってもよい。従って断面の形状が四角形や五角形等の多角形となってもよい。

光拡散層３３は、透光性樹脂層３４中に、該透光性樹脂層３４とは屈折率の異なる多数の光拡散粒子３５を含有させてなる層であり、透光性樹脂層３４の表面から光拡散粒子３５の一部が突出している。これにより光拡散層３３は、その表面が凹凸面に形成されている。

透光性樹脂層３４に用いられる樹脂としては、光拡散粒子３５の分散ができるとともに、該光拡散粒子３５を保持可能である光透過性の樹脂であれば特に制限なく適用可能である。このような樹脂としては、ポリアミド系樹脂、ポリウレタン系樹脂、ポリエステル系樹脂、アクリル系樹脂等の熱可塑性樹脂や、熱硬化性樹脂、活性エネルギー線硬化型樹脂（電離放射線硬化樹脂）等が挙げられる。

一方、光拡散粒子３５としては、アクリル−スチレン共重合体、ポリメチルメタクリレート、ポリスチレン、ポリウレタン、ベンゾグアナミン、及びメラミン等の架橋有機微粒子、シリコーン等の樹脂微粒子、並びにシリカ、アルミナ及びガラス等の無機系微粒子等を用いることができる。

なお、用いる光拡散粒子は１種類である必要はなく２種類以上を混合して用いてもよい。また、光拡散粒子３５の形状は、球形であってもよいし不定形であってもよい。さらに粒度分布が単分散、多分散のいずれでも良く、好適な条件を適宜選択すればよい。

ここで、光拡散層３３の表面粗さは、Ｒａ（μｍ）（ＪＩＳ Ｂ ０６０１（２００１） 算術平均粗さ）で０．０３８（μｍ）以上であるであるとともに、次式（１）を満たす。
Ｒａ≦−０．０２９６・Ｐ＋１．９４４１ （１）

ここで、Ｐは上記した単位プリズム部３２の隣り合う単位プリズム３２ａのピッチＰ（μｍ）である。すなわち、Ｒａは０．０３８μｍ以上であるとともに、式（１）を満たす範囲とされている。そして単位プリズム３２ａのピッチは、１０μｍ以上の範囲において、上記式（１）を満たす。
光拡散層３３のＲａが０．０３８μｍより小さいと光拡散層として機能せず、隠蔽性を発揮することができない。また、単位プリズム３２ａのピッチＰが１０μｍより小さいと、金型を作製する工具、及び成型時における加工精度の限界により、実質上、量産できる製品を得ることができない。

これにより、隠蔽性を有しつつ、ギラツキを防止し、かつ、その際にも輝度の低下を抑制する（低いヘイズ値）ことができる。従って、光拡散層に期待される従来の効果に加え、光の利用効率が良好なプリズムシートとすることが可能となる。

ここでプリズムシート３０のヘイズ（全ヘイズ）は、光拡散層３３によるものが支配的である。上記式（１）を満たすことにより、プリズムシート３０のヘイズが４５％以下であっても上記効果を奏することもできる。

光拡散層を上記のようにするための具体的手段は特に限定されることはなく公知の方法を用いることができる。これには例えば光拡散粒子と透光性樹脂との比率を変更する方法、及び光拡散層の光拡散粒子の粒子径を調整する方法等が挙げられる。

本形態では光拡散層として光拡散粒子を用いた例を説明したが、これに限られることなく、微小凹凸面（いわゆるマット面）を有する層により光拡散層を形成してもよい。このような光拡散層は光拡散粒子を具備しておらず、表面に微小な凹凸が形成されており、その作製は微小な凹凸を有する型から転写する等、公知の方法を適用することができる。

以上のような構成を具備するプリズムシート３０は、例えば本体部３１となる基材上に先に光拡散層３３を設け、次いで単位プリズム部３２を形成して製造される。
光拡散層３３は、本体部３１となる基材の一方の面に、光拡散粒子３５を分散させた硬化前の透光性樹脂を塗布し、これを硬化することにより形成することができる。
次に本体部３１となる基材の他方の面に単位プリズム部３２を賦型すればプリズムシート３０となる。
本体部３１及び単位プリズム部３２をなす材料としては、種々の材料を使用することができる。ただし、表示装置に組み込まれる光学シート用の材料として広く使用され、優れた機械的特性、光学特性、安定性及び加工性等を有するとともに安価に入手可能な材料、例えば、アクリル、スチレン、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート、アクリロニトリル等の一以上を主成分とする透明樹脂や、エポキシアクリレートやウレタンアクリレート系の反応性樹脂（電離放射線硬化型樹脂等）が好適に使用され得る。

ここで説明したプリズムシート３０では、光拡散層３３が本体部３１に直接積層されている例を説明したが、これに限られることなく、光拡散層３３は本体部３１のうち単位プリズム部３２が配置された側とは反対側に配置されていればよい。従って本体部３１と光拡散層３３との間に空気層が形成されるように離隔されていたり、他の機能層が挟まれていてもよい。

本体部３１と単位プリズム部３２との間についても同様に、空気層が形成されるように離隔されていたり、他の機能層が挟まれていてもよい。

図１、図２、図３に戻って、面光源装置２０の反射シート４０について説明する。反射シート４０は、導光板２１の裏面から出射した光を反射して、再び導光板２１内に光を入射させるための部材である。反射シート４０を構成する材料は特に限定されるものではないが、白色フィルム（東レ株式会社 ルミラー（登録商標）Ｅ６ＳＲ）、多層膜反射フィルム（スリーエムジャパン株式会社 ＥＳＲ）及び銀蒸着フィルム（京都中井商事株式会社 キララフレックス（登録商標））等の光反射性を持つフィルムを挙げることができる。より好ましくは、金属等の高い反射率を有する材料からなるシート、高い反射率を有する材料からなる薄膜（例えば金属薄膜）を表面層として含んだシート等のいわゆる鏡面反射を可能とするものを適用することができる。これにより、光の利用性を向上させることが可能となり、エネルギー利用効率を向上させることができる。

次に図１に戻って機能性シート４１について説明する。機能性シート４１は通常の液晶表示装置に用いられる各種の機能を有するシートである。これには例えば色調を補正するシート、防眩機能を有するシート、反射を防止するシート、ハードコートシート等を挙げることができる。

次に、以上のような構成を備える表示装置の作用について、光路例を示しつつ説明する。ただしこの光路例は概念的に表したものであり、反射や屈折の程度等を厳密に示したものではない。

まず、図２に示すように、光源２６で発光された光は、導光板２１の側面の入光面を介して導光板２１内に入射する。図２には、例として、光源２６から導光板２１に入射した光Ｌ_２１、Ｌ_２２の光路例が示されている。

図２に示すように、導光板２１に入射した光Ｌ_２１、Ｌ_２２は、導光板２１の単位光学要素部２４の面及びその反対側の裏面プリズム部２３の面において、空気との屈折率差により全反射する。また、図示は省略するが裏面から出光した光は反射シート４０により導光板２１に戻される。このような反射を繰り返し、光は単位光学要素２４ａの稜線が延びる方向（導光方向）へ進んでいく。

ただし、導光板２１の基部２２のうち裏面側には裏面プリズム部２３が形成されている。このため、図２に示すように、導光板２１内を進む光Ｌ_２１、Ｌ_２２は、裏面プリズム部２３により順次向きが変えられ、全反射臨界角未満の入射角度で単位光学要素部２４に入射することもある。この場合、当該光は、導光板２１の単位光学要素部２４の面から出射し得る。単位光学要素部２４から出射した光Ｌ_２１、Ｌ_２２は、導光板２１の出光側に配置されたプリズムシート３０へと向かう。
これにより導光板２１内を進む光は、少しずつ、出光面から出射するようになり、導光板２１の単位光学要素部２４から出射する光の導光方向に沿った光量分布を均一化させることができる。

ここで、図示する導光板２１の単位光学要素部２４は、複数の単位光学要素２４ａによって構成され、各単位光学要素２４ａの断面形状は、三角形、三角形の頂角を面取りしてなる形状、五角形、又はその他多角形となっている。いずれの形状であっても、単位光学要素２４ａは、導光板２１の導光方向に対して傾斜面を有して構成されている。従って、図４に示したように、単位光学要素２４ａを介して導光板２１から出射する光Ｌ_４１は導光板２１から出射するときに屈折する。この屈折は、単位光学要素２４ａの配列方向において、シート面法線ｎ_ｄに近づく（法線ｎ_ｄとのなす角が小さくなる）屈折である。このような作用により、単位光学要素部２４は、導光方向と直交する方向に沿った光の成分について、透過光の進行方向を正面方向側に絞り込むことができる。すなわち、単位光学要素部２４は、導光方向と直交する方向に沿った光の成分に対して、集光作用を及ぼすようになる。

以上のようにして、導光板２１から出射する光の出射角度は、導光板２１の単位光学要素２４ａの配列方向と平行な面において、正面方向を中心とした狭い角度範囲内に絞り込まれる。

導光板２１から出射した光は、その後、プリズムシート３０へ入射する。プリズムシート３０の単位プリズム３２ａは、導光板２１の単位光学要素２４ａと同様に、単位プリズム３２ａの入光面での屈折及び全反射によって透過光に対して集光作用を及ぼす。ただし、プリズムシート３０でその進行方向を変化させられる光は、プリズムシート３０のうち、単位プリズム３２ａの配列方向とは直交する面内の成分であり、導光板２１で集光させられた成分とは異なる。すなわち、図５にＬ_５１で示したように、単位プリズム３２ａに入射した光は、単位プリズム３２ａと空気との屈折率差に基づいてその界面で全反射する。そのとき、単位プリズム３２ａの斜辺はシート面法線ｎ_ｄに対してθ_５／２傾いているので、界面における反射光は入射光よりも法線ｎ_ｄに近付けられる角度となる。

つまり、導光板２１は、導光板２１の単位光学要素２４ａの配列方向と平行な面において、光の進行方向を正面方向を中心とした狭い角度範囲内に絞り込むようになる。その一方で、プリズムシート３０では、単位プリズム３２ａの配列方向と平行な面において、光の進行方向を正面方向を中心とした狭い角度範囲内に絞り込むようになる。したがって、プリズムシート３０での光学的作用によって、導光板２１で上昇された正面方向輝度を損なうことなく、さらに、正面方向輝度を向上させることができる。

単位プリズム３２ａにより全反射した光Ｌ_５１は本体部３１を透過し、光拡散層３３で拡散され、プリズムシート３０から出射される。このとき輝度の低下を抑制しているので、上記のように、高い正面輝度を有して単位プリズム３２ａで向きが変えられた光の明るさを効率よく出射できる。また、像鮮明度が低く抑えられているので隠蔽性も十分に確保されている。
またプリズムシート３０によりギラツキも抑制されている。

プリズムシート３０を出射した光は、液晶パネル１５の下偏光板１４に入射する。下偏光板１４は、入射光のうち、一方の偏光成分を透過させ、その他の偏光成分を吸収する。下偏光板１４を透過した光は、液晶層１２における画素毎への電界印加の状態に応じて、選択的に上偏光板１３を透過するようになる。このようにして、液晶パネル１５によって、面光源装置２０からの光を画素毎に選択的に透過させることにより、液晶表示装置の観察者が、映像を観察することができるようになる。

実施例では、単位プリズムの形状、ピッチ及び光拡散層の表面粗さ（Ｒａ）が異なるプリズムシートを準備して比較をした。以下に条件及び結果を示す。

＜本体部＞
本体部は各試験体で共通としており、厚さ１２５μｍのＰＥＴフィルム（東洋紡株式会社製Ａ４３００）を用いた。

＜単位プリズム部＞
本体部の一方に面に、紫外線硬化樹脂（ＤＩＣ株式会社、ＲＣ２５−７５０）を用いて図６、図７に示した４角形の断面形状を有する単位プリズムが配列した単位プリズム部を成型した。
図６に示した単位プリズム形状で試験体１から試験体１５を作製した。この形態では、ピッチＰは異なる４種類を準備した。各種ピッチＰの単位プリズムは、ピッチＰ方向の大きさを図６に括弧書きで表した比率（Ｐを比率１．００００としたときの各部の比率）とし、角度が一定である形状とした。ピッチＰは、１８μｍ、３４μｍ、５４．５μｍ、６４μｍの４種類とした。
図７に示した単位プリズム形状で試験体１６、１７を作製した。この形態では、ピッチＰは１８μｍとし、ピッチＰ方向の大きさを図７に括弧書きで表した比率で配分し、角度は図７に示した通りである。

＜光拡散層＞
光拡散層を形成するに際して次の組成のものを準備した。各光拡散層とも透光性樹脂層となる樹脂（インキ）中に光拡散粒子を分散したものを本体部のうち単位プリズム部とは反対側となる面にコーターにより塗布して硬化することにより形成した。各光拡散層の構成は次の通りである。ここで全ての組成について透光性樹脂層の樹脂（透光性樹脂、バインダー）はいずれも同じであり、ペンタエリスリトールトリアクリレート（屈折率１．５１）を用いた。
（１)組成１
光拡散粒子／透光性樹脂（質量比）：７／１００
光拡散粒子：スチレン樹脂製、平均粒子径２μｍ（屈折率 １．５９）
ここで平均粒子径は、レーザー回折式粒度分布測定法により求められた平均粒子径である。以下同様である。
塗工厚：３μｍ
（２）組成２
光拡散粒子／透光性樹脂（質量比）：７／１００
光拡散粒子Ａ：スチレン樹脂製、平均粒子径２μｍ（屈折率 １．５９）
光拡散粒子Ｂ：アクリル樹脂製、平均粒子径５μｍ（屈折率 １．４９）
光拡散粒子Ａ／光拡散粒子Ｂ（質量比）：８．５／１．５
塗工厚：３μｍ
（３）組成３
光拡散粒子／透光性樹脂（質量比）：１０／１００
光拡散粒子：アクリル樹脂製、平均粒子径５μｍ（屈折率１．４９）
塗工厚：３μｍ
（４）組成４
光拡散粒子／透光性樹脂（質量比）：８／１００
光拡散粒子：スチレン樹脂製、平均粒子径３．５μｍ（屈折率１．５９）
塗工厚：１．５μｍ
（５）組成５
光拡散粒子／透光性樹脂（質量比）：1５／１００
光拡散粒子：ウレタン樹脂製、平均粒子径６μｍの多分散（屈折率１．４３）
塗工厚：３μｍ
（６）組成６
光拡散粒子／透光性樹脂（質量比）：９／１００
光拡散粒子：アクリル樹脂製、平均粒子径５μｍ（屈折率１．４９）
塗工厚：３μｍ
（７）組成７
光拡散粒子／透光性樹脂（質量比）：７／１００
光拡散粒子Ａ：スチレン樹脂製、平均粒子径２μｍ（屈折率１．５９）
光拡散粒子Ｂ：アクリル樹脂製、平均粒子径５μｍ（屈折率１．４９）
光拡散粒子Ａ／光拡散粒子Ｂ（質量比）：９．０／１．０
塗工厚：３μｍ
（８）組成８
光拡散粒子／透光性樹脂（質量比）：４／１００
光拡散粒子：アクリル樹脂製、平均粒子径５μｍ（屈折率１．４９）
塗工厚：３μｍ
（９)組成９
光拡散粒子／透光性樹脂（質量比）：７／１００
光拡散粒子：スチレン樹脂製、平均粒子径２μｍ（屈折率１．５９）
塗工厚：１．５μｍ
（１０）組成１０
光拡散粒子／透光性樹脂（質量比）：２０／１００
光拡散粒子：ウレタン樹脂製、平均粒子径６μｍの多分散（屈折率１．４３）
塗工厚：３μｍ

各試験体を表１のように形成した。なお試験体１１は光拡散層を形成せず、本体部及び単位プリズム部のみとした例である。そして各試験体について、ヘイズ（全ヘイズ、内部ヘイズ、外部ヘイズ）、輝度比、表面粗さ、ギラツキ指標（シンチレーション指標）、ギラツキの目視、隠蔽性の目視をそれぞれ評価した。表１に併せて結果を表した。これら各評価項目は次の通りである。
また、表１には上記式（１）を満たすか否かを表した。「○」が満たす場合、「×」が満さない場合である。

＜ヘイズの測定＞
ヘイズの測定はＪＩＳ Ｋ ７１０５に沿って村上色彩技術研究所のＨＭ１５０により測定してこれを全ヘイズ（ヘイズ）とした。このヘイズの測定の後、光拡散層に対して透光性樹脂層に用いた光拡散粒子以外の樹脂のみをインキとして調製してさらに塗布し、光拡散粒子を全て透光性樹脂に埋め、これについて上記ヘイズ測定を行いこれを内部ヘイズとした。そしてヘイズと内部ヘイズとの差を外部ヘイズとした。

＜輝度比の測定＞
輝度比は、試験体１１の輝度に対する各試験体の輝度の比率により表した。輝度は、ＴＯＰＣＯＮ社製のＢＭ−７により、試験体の直上５０ｃｍの高さから、立体角１°にて測定した。試験体１１は光拡散層が具備されていないため最も輝度が高い例であると考えられる。

＜表面粗さ＞
表面粗さはＪＩＳ Ｂ ０６０１（２００１）による算術平均粗さＲａを測定した。測定は小坂研究所 Ｓｕｒｆｃｏｒｄｅｒ ＳＥ１７００αにより行った。

＜ギラツキ指標の算出＞
光源（白色ＬＥＤ)及び導光板（上記した導光板２１）の出光側に上記試験体を配置し、さらにその出光側に上記液晶パネル（ＴＮ液晶、１３．３インチのＦＨＤ）を設置する。光源を点灯し液晶パネルの出光面の測定を行ない、面内の色温度の偏差、及び面内の色温度の平均値を得た。より具体的には、液晶パネルの出光面の２．３１ｍｍ×２．３１ｍｍに対し、色度測定機（サイバネットシステム株式会社、ＰｒｏＭｅｔｒｉｃ）を用いて５０×５０分割（２５００画素）し、画素ごとに色温度を測定した。そして取得した色温度の偏差、及び色温度の平均値から下記式（２）によりギラツキ指標を算出した。
ギラツキ指標＝色温度の偏差／色温度の平均値 （２）
ここで発明者らはギラツキ指標が０．１１０未満であることにより、ギラツキが発生しない知見を得た。

＜ギラツキ及び隠蔽性の目視評価＞
ギラツキ及び隠蔽性について従来と同様に目視で評価をおこなった。ギラツキは、発生しなかった場合に「◎」、発生があったが許容範囲である場合に「○」、許容できないほど発生した場合には「×」とした。一方、隠蔽性については、光源上にプリズムシートを置き、透過観察で正面から±４５°の範囲内で上下左右を観察したとき、虹色に輝く帯（虹ムラ）が完全に見えない場合を「◎」、見えるが許容範囲の場合を「○」、許容できないほど見える場合を「×」とした。

また、試験体１１以外の各例について横軸を単位プリズムのピッチＰ（μｍ）、縦軸を表面粗さＲａとしたグラフを図８に示した。また図８には式（１）の右辺と左辺とが等しい線である次式（３）も併せて表した。
Ｒａ＝−０．０２９６・Ｐ＋１．９４４１ （３）
なお、図８中の各プロットの近傍には、試験体の番号を「Ｎｏ」を付して表記した。

ここで式（３）は次のように得た。すなわちピッチＰごとにギラツキ指標が０．１１０より小さく最も０．１１０に近い例（本例では試験体８、９、１０）、及び、ギラツキ指標が０．１１０よりも大きく最も０．１１０に近い例（本例では試験体１２、１３、１４）に基づいて、ピッチＰごとにギラツキ指標が０．１１０となるときの表面粗さＲａを比率計算で算出し（手順１）、その結果から最小二乗法で直線近似することにより式（３）を得た（手順２）。より詳しくは次の通りである。手順１、２のそれぞれについて説明する。

（手順１）
手順１ではピッチＰごとにギラツキ指標が０．１１０となるときの表面粗さＲａを比率計算で算出する。すなわちあるピッチＰについて、ギラツキ指標が０．１１０を下回る試験体のギラツキ指標をＧ_１、表面粗さＲａをＲａ_１とし、ギラツキ指標が０．１１０を上回る試験体のギラツキ指標をＧ_２、表面粗さＲａをＲａ_２としたとき下記式（４）により求めることができる。
Ｒａ_１＋｛（Ｒａ_２−Ｒａ_１）／（Ｇ_２−Ｇ_１）｝×（０．１１０−Ｇ_１） (４）

本例ではでは３種類のピッチＰ１８．０μｍ、３４．０μｍ、５４．５μｍがあるので、それぞれについて式（４）の式からギラツキ指標が０．１１０となるときの表面粗さＲａを算出する。
例としてピッチＰが１８．０μｍの場合について考える。ピッチＰが１８．０μｍは試験体８及び試験体１２が該当し、それぞれの表面粗さＲａは１．４０３０μｍ（Ｒａ_１）、１．５７３０μｍ（Ｒａ_２）で、ギラツキ指標は０．１０９６（Ｇ_１）、０．１２１８（Ｇ_２）である。このデータを用いてピッチＰが１８μｍのときにおける０．１１０となるための表面粗さＲａを式（４）用いると次の式（５）のようになる。
１．４０３＋｛（１．５７３−１．４０３）／（０．１２１８−０．１０９６）｝×（０．１１０−０．１０９６）＝１．４０８５７３８ （５）

他のピッチＰに対しても上記に倣ってギラツキ指標が０．１１０のときの表面粗さを式（４）から求める。表２にその結果を示す。

（手順２）
次に手順１で求めた表２の３つの点を用いて最小二乗法により直線近似式を算出する。当該直線近似式は、ａを係数、ｂをｙ切片とすればｆ（ｘ）＝ａｘ＋ｂとなり、ａ、ｂはそれぞれ次の式（６）、式（７）により得ることができる。

ここでｎ＝３、ｘはピッチＰ、ｙは表面粗さＲａをそれぞれ適用すればよい。これにより式（６）、式（７）は具体的に式（８）、式（９）のようになり、具体的な値を得ることができる。

これにより明らかなように式（１）を得ることができる。

以上からわかるように式（１）を満たすことにより、隠蔽性を確保しつつ、ギラツキを抑制し、輝度の低下を抑えられる。

１０ 映像源ユニット
１２ 液晶層
１３、１４ 偏光板
１５ 液晶パネル
２０ 面光源装置
２１ 導光板
２２ 基部
２３ 裏面プリズム部
２３ａ 単位裏面プリズム
２４ 単位光学要素部
２４ａ 単位光学要素
２６ 光源
３０ プリズムシート
３１ 本体部
３２ 単位プリズム部
３２ａ 単位プリズム
３３ 光拡散層
３４ 透光性樹脂層
３５ 光拡散粒子

Claims (4)

1. 入射した光の向きを変えて出射するプリズムシートであって、
   光透過性を有するシート状の本体部と、
   前記本体部の一方の面側に配置され、複数の凸状の単位プリズムがシート面に沿った方向に配列された単位プリズム部と、
   前記本体部の他方の面側に配置された光拡散層と、を備え、
   前記単位プリズムは、前記凸状の先端における頂角が８０°以下であり、
   前記複数の単位プリズムのピッチをＰ（μｍ）、前記光拡散層の表面粗さをＲａ（μｍ）としたとき、
   Ｒａ≦−０．０２９６・Ｐ＋１．９４４１
   が成り立つ、プリズムシート。
2. 光源と、
   前記光源から出射した光を導光する導光板と、
   前記導光板の出光面側に配置されるプリズムシートと、を備え、
   前記プリズムシートは、
   光透過性を有するシート状の本体部と、
   前記本体部より前記導光板側に配置され、複数の凸状の単位プリズムがシート面に沿った方向に配列された単位プリズム部と、
   前記本体部のうち前記導光板側とは反対側に配置された光拡散層と、を備え、
   前記複数の単位プリズムのピッチをＰ（μｍ）、前記光拡散層の表面粗さをＲａ（μｍ）としたとき、
   Ｒａ≦−０．０２９６・Ｐ＋１．９４４１
   が成り立つ、面光源装置。
3. 請求項２に記載の面光源装置と、
   前記面光源装置の出光側に配置された液晶パネルと、を備える映像源ユニット。
4. 請求項３に記載の映像源ユニットと、
   前記映像源ユニットを内包する筐体と、を備える液晶表示装置。

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