JP4604823B2 - 面状照明装置及び液晶表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、面状照明装置及び液晶表示装置に関し、更に詳しくは、光源からの入射光を拡散出射する拡散層と、この拡散層からの出射光を集光あるいは偏光する輝度向上フィルムとを備えた面状照明装置及び液晶表示装置に関する。

液晶ディスプレイ（ＬＣＤ：Liquid Crystal Display）は、ブラウン管（ＣＲＴ：Cathode Ray Tube）と比較して低消費電力、かつ小型化、薄型化が可能であり、現在では携帯電話、デジタルカメラ、ＰＤＡ（Personal Digital Assistants）等の小型機器から、大型サイズの液晶テレビに至るまで、様々なサイズのものが幅広く使用されている。

液晶表示装置（ＬＣＤ装置）は、透過型、反射型等に分類されるが、特に透過型液晶表示装置は、液晶をガラス板で挟んだ液晶パネルのほか、バックライトユニットを備えている。液晶は、ブラウン管の蛍光材料のようにそれ自身発光することがないため、ＬＣＤ装置内に光源を設ける必要があるからである。

図１２に、この種の液晶表示装置の概略構成を示す。
バックライトユニットには２つのタイプがあり、図１２Ａに示すように液晶パネル１の直下に複数の線状光源（冷陰極管等の蛍光管）２と反射板３を設けて画面全体を明るくする直下型バックライトユニット４と、図１２Ｂに示すように液晶パネル１の横に光源２を置き、導光板５と反射シート６を併用するエッジライト型バックライトユニット７とがある。

そして、何れのタイプのバックライトユニット４，７にも、輝度ムラを低減するためのシート状の等方性拡散層８と、液晶パネル１の正面輝度を向上させるための輝度向上フィルムあるいはシート１０が用いられる場合があり（下記特許文献１参照）、これらにより液晶パネル１の全面に対して均一に光を照射する面状照明装置９が構成されている。

輝度向上フィルム１０としては、例えばプリズムシート等のような所定の集光作用のある光学素子は勿論、屈折率の異なる材料層の界面におけるＰ波偏光成分とＳ波偏光成分の反射率の相違を利用して所定の偏光分離作用をもたせた光学素子（下記特許文献２，３参照）、更にはこれら２つの作用を同時に行う光学素子が含まれる。

以下の説明では、輝度向上フィルム１０として、偏光分離素子を用いた例について説明する。この場合、輝度向上フィルム（偏光分離素子）１０は、液晶パネル１と拡散層８との間に配置することができ、拡散層８から拡散出射した光のうち、例えばＰ波偏光成分の光を透過しＳ波偏光成分の光を反射する偏光ビームスプリッタとしての機能を有する。

即ち、液晶表示装置において、液晶パネル１は、一対の偏光板１１ａ，１１ｂに挟まれた構造を有している。このような構成の液晶パネル１と拡散層８との間に上述の偏光分離素子１０を配置することにより、バックライトから出射した光のうち、液晶パネル１の背面側（光源２側）の偏光板１１ｂと同一の偏光成分（Ｐ波偏光成分）の光のみ透過させ、これと直交する偏光成分（Ｓ波偏光成分）の光をバックライト側に反射し、再び偏光分離素子１０側へ光を向けさせる。これを繰り返すことにより、バックライトからの光を有効に利用できるようになり、輝度特性の向上が図れることになる。

偏光分離素子１０としては、図１３に模式的に示すように、断面形状が例えば直角二等辺三角形の溝１２ａ，１２ｂが連続して形成された構造面を有する一対のプリズム基板１３ａ，１３ｂが、誘電体層１４を介してそれぞれの山部と谷部とが一致するように対向配置された構成を有している。そして、両プリズム基板１３ａ，１３ｂの界面に対して所定のブリュースタ角で入射する光のＰ波偏光成分は反射率が０となり、従ってＰ波偏光成分のみが偏光分離素子１０から一定の方向で出射することになる。

なお、下記特許文献１には、直下型のバックライトユニットを備えた液晶表示装置において、輝度ムラがなく高い正面輝度を得ることを目的として、液晶パネルと対向する側の拡散シート主面に、プリズムの延びる方向が蛍光管の軸線方向と平行になるようにプリズムシートを配置した面状照明装置の構成が開示されている。

特開２０００−３０５１５号公報 特開平８−１５５２５号公報 特表２００３−５１０６２９号公報

さて、一対のプリズム基板１３ａ，１３ｂを誘電体層１４を介して対向配置させた構成の偏光分離素子１０において、入射光のＰ波偏光成分への変換効率は、プリズム基板の構造面に対する光の入射角に大きく依存する。従って、この偏光分離素子１０を用いて面状照明装置あるいは液晶表示装置の輝度特性の向上を図るためには、偏光分離素子１０への光の入射角を一定の範囲に制限することが好ましい。

しかしながら、従来の面状照明装置あるいは液晶表示装置においては、偏光分離素子１０と光源２との間に配置されている輝度ムラ低減用の拡散層８により、バックライトユニットからの光が等方的に拡散されるため、拡散層８からの出射光が偏光分離素子１０に対して拡がりを持って入射し、これが原因で入射光の偏光効率、すなわちＰ波偏光成分への変換効率が低下して輝度向上効果が小さくなるという問題がある。

一方、拡散層８による光の拡散度合いを小さくすると、バックライトユニットからの照射光を十分に拡散することができなくなり、輝度ムラを引き起こして画質を劣化させるという問題がある。

本発明は上述の問題に鑑みてなされ、輝度ムラを抑制しながら、輝度特性の向上を図ることができる面状照明装置及び液晶表示装置を提供することを課題とする。

以上の課題を解決するに当たり、本発明は、
光源と、この光源からの光を拡散出射する拡散層と、この拡散層からの出射光を集光あるいは偏光する輝度向上フィルムとを備え、上記拡散層には、面内横方向と縦方向とで光の拡散角が異なる異方性拡散層が用いられている。

拡散層は、輝度ムラを低減する機能を有する。輝度ムラの低減効果は、拡散層から出射する光の拡散角が大きいほどよい。ここで、「拡散角」は、輝度がピーク輝度の半分に減衰する角（半値角）の２倍の角度（ＦＷＨＭ：Full Width Half Maximum）をいう。

一方、輝度向上フィルムには、例えばプリズムシート等のような所定の集光作用のある光学素子は勿論、屈折率の異なる材料層の界面におけるブリュースタ（Brewster）の法則を利用したり、複屈折性の有機材料層を数百層積層する等して所定の偏光分離作用をもたせた光学素子、更にはこれらの集光作用と偏光作用とを同時に行う光学素子が含まれる。

ここで、輝度向上フィルムは、表面又は裏面に断面三角形状の溝が連続して形成されたプリズム構造を有する構成とすることができる。この場合、当該輝度向上フィルムによる入射光の集光あるいは偏光効率は、プリズム溝の形成方向（延在方向）に対して垂直な面内における入射角に大きく依存する。従って、拡散層から出射する光の拡散角は、当該輝度向上フィルムによる高い集光効率あるいは偏光効率が得られる入射角が得られる範囲に制限するべきである。

このため本発明では、拡散層として、上記プリズム溝の形成方向に対して垂直な方向よりもプリズム溝の形成方向に対して平行な方向に大きな光の拡散角を有する異方性拡散層で構成し、拡散層による輝度ムラ抑制機能と、輝度向上フィルムによる輝度向上機能との両立を図るようにしている。

上記異方性拡散層は、光学的に透明なシート基材の主面上に形成され、当該主面の横方向と縦方向とで断面の曲率の異なる凸又は凹形状の微小レンズの群で構成することができる。

異方性拡散層における出射光の拡散角は、適用されるディスプレイ装置の画面サイズ、求められる画面表示輝度、画像コントラスト等によって適宜設定することができる。
好適には、プリズム構造を有する輝度向上フィルムにあっては、プリズム溝の形成方向に対して垂直な方向の拡散角は１０度以下とし、当該溝の形成方向に対して平行な方向の拡散角は３０度以上とする。前者の拡散角が１０度を超えると輝度向上効果が低下し、後者の拡散角が３０度を下回ると輝度ムラ低減効果が小さくなるからである。

光源あるいはバックライトユニットとしては、複数の線状光源を各々平行に配置した直下型、導光板の一端側に線状光源を配置したエッジライト型の何れも適用可能である。これら線状光源は、輝度ムラ低減の観点から、輝度向上フィルムのプリズム溝の形成方向に対して垂直な方向に配列するのが好適である。

以上述べたように、本発明によれば、拡散層からの出射光の拡散度合いに異方性を持たせているので、光源の輝度ムラを低減しながら、輝度向上フィルムによる集光あるいは偏光効率を高めて輝度の向上を図ることが可能となる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。

（第１の実施の形態）
図１は本発明の第１の実施の形態による液晶表示装置２０の概略構成図である。本実施の形態の液晶表示装置２０は、一対の偏光板１１ａ，１１ｂで挟まれた液晶パネル１と、バックライトユニット４と、輝度向上フィルムとしての偏光分離素子１０と、拡散シート（拡散層）１８とを備えている。

そして、バックライトユニット４と、拡散シート１８と、偏光分離素子１０とにより、液晶パネル１の全面に対して均一に光を照射する面状照明装置２１が構成されている。
なお必要に応じて、バックライトユニット４と拡散シート１８との間に、光の散乱性の高い乳白色を呈した拡散板を介装してもよい。

偏光分離素子１０は、バックライトユニット４から出射し拡散シート１８で拡散された光から、液晶パネル１における表示に有効な直線偏光成分（Ｐ波偏光成分）のみ分離し、他の偏光成分（Ｓ波偏光成分）は反射する偏光ビームスプリッタとして構成されている。

ここで、バックライトユニット４は、同一平面内において互いに平行に並置された複数の線状光源２と、これら複数の線状光源２からの光を液晶パネル１側へ向けさせる反射板３とを含んだ構成の直下型とされているが、図２に示すように、導光板５と、反射シート６と、導光板５の一端側に単一の線状光源２を配置した構成のエッジライト型としてもよい。線状光源２は、蛍光管、特に冷陰極管（ＣＣＦＬ：Cold Cathode Fluorescent Lamp）が用いられている。

偏光分離素子１０は、図１２に示したように、断面形状が直角二等辺三角形の溝１２ａ，１２ｂが連続して形成された構造面を有する一対のプリズム基板１３ａ，１３ｂが、誘電体層１４を介してそれぞれの山部と谷部とが一致するように対向配置された構成を有している。ここで、Ｐ波偏光成分は、入射面内で振動する直線偏光成分であり、Ｓ波偏光成分は、入射面に垂直に振動する直線偏光成分である。

プリズム基板１３ａ，１３ｂは、比較的屈折率（ｎ）の高い透明樹脂を射出成形またはプレスすることにより作製される。プリズム基板１３ａ，１３ｂの材料としては、ポリカーボネート、アクリル系樹脂、エポキシ系樹脂など、屈折率が例えば１．５〜１．９程度の透明樹脂が用いられる。

誘電体層１４は単層でもよいが、比較的高屈折率の材料と比較的低屈折率の材料とが交互に積層された誘電体膜の多層構造とするのが好適である。高屈折率材料としては、Ｎｂ２Ｏ５（ｎ＝２．３）、低屈折率材料としては、ＳｉＯ２（ｎ＝１．５）等がある。

そして、プリズム基板１３ａ，１３ｂのうち何れか一方あるいは双方の構造面に上述した多層誘電体膜を成膜した後、これらを紫外線硬化型接着剤で貼り合わせることによってシート状の偏光分離素子１０が形成されている。
なお、本実施の形態における偏光分離素子１０は、両プリズム基板１３ａ，１３ｂの溝（以下「プリズム溝」ともいう）１２ａ，１２ｂの形成ピッチを約５０μｍ、溝１２ａ，１２ｂの深さを約２５μｍで構成されているが、勿論これに限られない。

上述した構成の偏光分離素子１０に入射した光は、誘電体膜の界面において、入射光のうちＰ波偏光成分を透過し、Ｓ波偏光成分を反射する。偏光分離素子１０を透過したＰ波偏光成分の光は、偏光板１１ｂ、液晶パネル１及び偏光板１１ａを介して出射し画像光を形成する。一方、Ｓ波偏光成分の光は、入射点及びこれに隣接するプリズム溝の斜面における反射を経てバックライトユニット側に戻され（図１３参照）、拡散シート１８及び反射板３にて反射されて再び偏光分離素子１０へ入射する。そして、この入射光がＰ波偏光成分の光であれば偏光分離素子１０を透過し、Ｓ波偏光成分の光であれば再びバックライトユニット側へ反射される。これを繰り返すことにより、バックライトユニット４からの光を有効に利用できるようになる。

偏光分離素子１０による入射光のＰ波偏光成分の光への偏光効率は、偏光分離素子１０に入射する光の入射角、特に、偏光分離素子１０を構成するプリズム基板１３ａ，１３ｂの溝（以下「プリズム溝」ともいう）１２ａ，１２ｂの形成方向（延在方向）とは垂直方向の面内における入射角に大きく依存する。このため、バックライトユニット４から偏光分離素子１０へ入射する光の入射角は、当該偏光分離素子１０による高い偏光効率が得られる範囲に制限するべきである。

一方、輝度ムラ低減の観点から、拡散シート１８による光の拡散度合いは、高いほど望ましい。特に、線状光源２の配列間隔に対応する明暗の分布をなくすため、線状光源２の軸直方向（軸方向と垂直方向）における光の拡散度合いを大きくすることにより、液晶パネル１に対して均一な面状照明光を照射することが可能となる。

そこで本実施の形態の面状照明装置２１においては、図１に示したように、バックライトユニット４を構成する各々の線状光源２の軸方向が、偏光分離素子１０を構成する両プリズム溝１２ａ，１２ｂの形成方向に対して垂直な方向に配列されている。
そして、これらバックライトユニット４と偏光分離素子１０との間に配置されている拡散シート１８は、プリズム溝１２ａ，１２ｂの形成方向に対して垂直な方向（図１においてＹ方向）よりも、プリズム溝１２ａ，１２ｂの形成方向に対して平行な方向（図１においてＸ方向）に大きな光の拡散角を有する異方性拡散層で構成されている。

拡散シート１８を上述した構成の異方性拡散層とすることにより、バックライトユニット４からの入射光は、図１においてＸ方向（プリズム溝１２ａ，１２ｂに平行な方向）に大きく拡散されて偏光分離素子１０へ入射する結果、輝度ムラの低減が図れるようになる。また、図１においてＹ方向（プリズム溝１２ａ，１２ｂに垂直な方向）への拡散度合いはＸ方向よりも制限されて偏光分離素子１０へ入射する結果、一定以上の偏光効率が確保されて、輝度特性の向上が図れるようになる。

拡散シート１８の構成を図３に示す。Ａは拡散シート１８の平面図、Ｂは要部断面図、Ｃは他の構成例を示す要部断面図である。
拡散シート１８は、シート基材１８Ｓと、このシート基材１８Ｓの主面上に形成され当該主面の横方向と縦方向とで断面の曲率の異なる微小レンズ１８Ｌの群で構成されている。

シート基材１８Ｓは光学的透明性のある材料、例えば、ポリエステル（ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレートなど）、ポリエチレン、ポリカーボネート、アクリル系樹脂、ポリ塩化ビニル、ポリウレタン、シリコーン樹脂等で形成されている。

また後述するように、拡散シート１８をエネルギーを吸収して硬化する樹脂を用いて形成する場合には、紫外線硬化型アクリレート系樹脂、紫外線硬化型エポキシ系樹脂、紫外線硬化型フッ素系樹脂、アモルファスフッ素樹脂等のほか、熱硬化型のエポキシ系樹脂やイソシアネート系樹脂など、屈折率が１．３〜１．６程度の透明樹脂を用いることができる。

微小レンズ１８Ｌは、シート基材１８Ｓの主面（上面又は下面）上に敷き詰められ、図３Ｂに示すように凸状レンズ（１８Ｌ１）で構成されているが、図３Ｃに示すように凹レンズ（１８Ｌ２）で構成されてもよい。
微小レンズ１８Ｌの断面形状は、Ｘ−Ｘ方向断面における曲率半径よりも、Ｙ−Ｙ方向断面における曲率半径の方が大きく形成されている。つまり、微小レンズ１８Ｌは、Ｙ−Ｙ方向断面よりもＸ−Ｘ方向断面の方が曲率が強くなっている。

微小レンズ１８Ｌの大きさは特に限定されないが、本実施の形態では、レンズ底面の楕円形状について長径が２０μｍ以上２００μｍ以下、長径／短径が３以上６以下とされている。また、微小レンズ１８Ｌの配列は、図示の例に限られず、Ｘ方向又はＹ方向にランダム性があってもよい。

上記構成の異方性拡散層あるいは異方性拡散シート１８の製造方法としては、例えば、転写ロールの回転に連動させて、バイトの切り込み量を連続的に変化させて当該転写ロール表面を研削して、転写ロールの円周方向と軸方向とで断面の曲率の異なる凹形状の微小レンズ型を複数形成する工程と、転写ロール表面にエネルギーを吸収して硬化する樹脂を塗布・充填する工程と、上記樹脂にエネルギーを付与して硬化させ微小レンズ１８Ｌの群を形成する工程とを経て製造することができる。
あるいは、プレス面の縦方向と横方向とで断面の曲率の異なる凸形状の微小レンズ型を複数形成したプレス型を用いて、シート基材１８Ｓをプレス加工する方法も適用可能である。

以上のように構成される異方性拡散シート１８は、図１に示したように、微小レンズ１８Ｌの長径方向が、偏光分離素子１０を構成するプリズム溝１２ａ，１２ｂと直交する方向であって、バックライトユニット４を構成する各線状光源２の軸方向と平行となる方向に配向されている。なお、図において線状光源２、プリズム溝１２ａ，１２ｂ、微小レンズ１８Ｌの各々は、理解容易のためにやや誇張して示しており、大きさ（寸法）等に相関関係はない。

この構成により、バックライトユニット４から出射し拡散シート１８を透過した光は、微小レンズ１８Ｌの長径方向（面内横方向）よりも、微小レンズ１８Ｌの短径方向（面内縦方向）の方が、光の拡散度合いが強い状態で偏光分離素子１０へ入射する。つまり、図４に示すように、微小レンズ１８Ｌから出射する光は、その光軸Ｌに関して、偏光分離素子１０のプリズム溝１２ａ，１２ｂの形成方向に垂直な方向の拡散角Ｄｙよりも、プリズム溝１２ａ，１２ｂの形成方向に平行な方向の拡散角Ｄｘの方が大きい状態で偏光分離素子１０へ入射する。

従って、本実施の形態によれば、バックライトユニット４から照射される光が図１においてＸ方向に十分に拡散されて液晶パネル１へ照射されるので、輝度ムラが十分に低減された高品質の画像光を液晶パネル１の正面側にて形成できるようになる。

また、本実施の形態によれば、バックライトユニット４から照射される光が図１においてＹ方向における拡散角が小さく制限されて偏光分離素子１０へ入射されるので、当該偏光分離素子１０によるＰ波偏光成分への光の偏光効率を高い水準で得ることができ、輝度特性に優れた高品質の画像光を液晶パネル１の正面側にて形成できるようになる。

異方性拡散シート１８から出射される光の拡散角Ｄｙ，Ｄｘは、例えば、微小レンズ１８Ｌの横断面（Ｙ−Ｙ断面）及び縦断面（Ｘ−Ｘ断面）の各々の曲率の大きさで調整することができる。即ち、微小レンズ１８Ｌの各部の断面の曲率が強くなれば（曲率半径が小さくなれば）拡散角は大きくなり、断面の曲率が弱くなれば（曲率半径が大きくなれば）拡散角は小さくなる。
本実施の形態では、拡散角Ｄｙが１０度以下、拡散角Ｄｘが３０度以上となるように、微小レンズ１８Ｌが構成されている。

一方、図２に示したように、エッジライト型のバックライトユニット７を有する液晶表示装置２０及び面状照明装置２１においても、上述した構成の異方性拡散シート１８を用いることによって、同様な作用効果を得ることができる。

この場合、導光板５の一端に沿って配置される線状光源２は、偏光分離素子１０のプリズム溝１２ａ，１２ｂの形成方向に対して垂直な方向であって、異方性拡散シート１８の微小レンズ１８の長径方向と平行な方向に配列される。

これにより、導光板５の光源２側の端部とこれに対向する側の端部との間（図２においてＸ方向）に生じる明暗の輝度ムラが異方性拡散シート１８によって低減されるとともに、偏光分離素子１０による輝度特性の向上が図れるようになる。

（第２の実施の形態）
図６は本発明の第２の実施の形態による液晶表示装置２０Ａを示している。なお、図において上述の第１の実施の形態と対応する部分については同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。

本実施の形態の液晶表示装置２０Ａは、輝度向上フィルムとして図示する形態のプリズムシート１０Ａが用いられている。そして、直下型のバックライトユニット４、拡散シート１８及びプリズムシート１０Ａにより、面状照明装置２１Ａが構成されている。

プリズムシート１０Ａは、液晶パネル１に対向する表面側に、断面三角形状の溝（プリズム溝）１２Ａが連続して形成されたプリズム構造を有しており、バックライトユニット４から照射され拡散シート１８を透過した光を集光する作用を行う。
なお、プリズムシート１０Ａは、拡散シート１８側の裏面に上述したプリズム構造を有していてもよい。また、バックライトユニットは図示する直下型のものに限らず、図２に示したようにエッジライト型バックライトユニット７を用いてもよい。

拡散シート１８は、図３を参照して説明した異方性拡散層で形成されており、プリズム溝１２Ａの形成方向に対して垂直な方向（Ｙ方向）よりも、プリズム溝１２Ａの形成方向に対して平行な方向（Ｘ方向）に大きな光の拡散角でもって、バックライトユニット４からの照明光を出射する。また、バックライトユニット４を構成する各々の線状光源２は、その軸方向がプリズムシート１０Ａのプリズム溝の形成方向に対して垂直な方向に配列されている。

以上のように構成される本実施の形態の液晶表示装置２０Ａ及び面状照明装置２１Ａによれば、バックライトユニット４から照射される光が図５においてＸ方向に十分に拡散されて液晶パネル１へ照射されるので、輝度ムラが十分に低減された高品質の画像光を液晶パネル１の正面側にて形成できるようになる。

また、本実施の形態によれば、バックライトユニット４から照射される光が図５においてＹ方向における拡散角が小さく制限されてプリズムシート１０Ａへ入射されるので、当該プリズムシート１０Ａによる光の集光効率を高い水準で得ることができ、輝度特性に優れた高品質の画像光を液晶パネル１の正面側にて形成できるようになる。

以下、本発明の実施例について説明する。
本実施例では、上述した構成の異方性拡散シート１８を備えた面状照明装置２１の輝度特性及び輝度分布特性を測定するとともに、等方的な拡散シート８（図１１参照）を備えた従来構造の面状照明装置の輝度特性及び輝度分布特性と比較した。

図５は、輝度特性及び輝度分布特性の測定原理図である。バックライトユニット７はエッジライト型であり、導光板５に、拡散シート１８（８）、偏光分離素子１０、偏光板１１ｂを順に配置して、偏光板１１ｂから出射する光を輝度計２５にて測定した。

ここで、光源２は中心輝度が２６００ｃｄ／ｍ² の冷陰極管（ＣＣＦＬ）タイプで、輝度計２５で測定される中心輝度ピーク値（０°）を測定輝度値とした。また、輝度分布特性の測定では、バックライトユニット７（導光板５）の光照射面を３×３に９分割し、図６に示すように、Ａ〜Ｉの各分割エリアの中心輝度ピーク値を輝度計２５にて測定した。

なお、輝度計２５は、トプコン社製「ＢＭ−９」を用いた。また、バックライトユニット７、偏光分離素子１０及び偏光板１１ｂは、実施例及び比較例ともに同一の構成とし、拡散シート１８，８のみ異ならせた。
また、本実験に用いた輝度向上フィルム１０は、図１を参照して説明した偏光分離素子（以下「輝度向上フィルムＡ」という）を主としたが、輝度特性の評価には他に、輝度向上フィルムＢとして複屈折性の有機材料層を数百層積層した構造の偏光分離素子（住友スリーエム社製「ＤＢＥＦ（商品名）」）と、輝度向上フィルムＣとして集光性のあるプリズムシート（住友スリーエム社製「ＢＥＦ２（商品名）」）とを用いた。

（輝度特性評価）
本実施例の拡散シート１８の拡散角分布を図８Ａ，Ｂに示す。図８Ａは、輝度向上フィルムＡのプリズム溝の形成方向と垂直な方向の拡散角分布を示し、図８Ｂは、当該プリズム溝の形成方向と平行な方向の拡散角分布を示している。図から明らかなように、拡散シート１８は、プリズム溝に平行方向と垂直方向とで拡散角分布に異方性を有しており、平行方向が垂直方向よりも広い拡散角分布を有している。

他方、比較例１及び比較例２による拡散シート８の拡散角分布を図９Ａ及び図９Ｂにそれぞれ示す。図９Ａ，Ｂにおいて、実線は輝度向上フィルムＡのプリズム溝の形成方向と垂直な方向の拡散角分布、破線は当該プリズム溝の形成方向と平行な方向の拡散角分布をそれぞれ示しており、両方向の拡散角分布は互いに略一致していることから、等方性の拡散シートであるといえる。

表１に、輝度向上フィルムＡに関して、プリズム溝の方向別の実施例及び比較例１，２についての拡散角を示す。本実施例の拡散シート１８は、プリズム溝に垂直方向の拡散角（図４のＤｙ）が９．５°、プリズム溝の平行方向の拡散角（図４のＤｘ）が３３°であり、比較例１，２の拡散シート１８は、何れの方向にも１９．５°及び３８°の拡散角をそれぞれ有している。実施例及び比較例１，２の輝度特性の測定結果を表２に示す。

表２から明らかなように、比較例１，２と比較して、本実施例の面状照明装置が最も大きなピーク輝度が得られている。また、プリズム溝に対して垂直方向の拡散角が小さいほど、輝度向上フィルムＡ，Ｃによる偏光効率あるいは集光効率が高く、輝度特性が向上することがわかる。

（輝度分布特性）
本実施例の輝度分布特性の評価には輝度向上フィルムＡを用い、比較例１，２のほか、表３に示す拡散角（５°、１０°）をもつ等方性の拡散シートを備えた比較例３，４をも加えて評価した。測定結果を図１０に示す。

ここで、図１０Ａは本実施例の輝度分布特性を示し、図１０Ｂ〜Ｅは比較例１〜４の輝度分布特性を示している。光源２は分割エリアＡ，Ｂ及びＣが臨む側の端部に配置され、その中心エリアである分割エリアＢの輝度に対する他の分割エリアの比をとって輝度ムラの程度を示している。

図１０から明らかなように、分割エリア間におけるピーク輝度の最大値と最小値との差が当該最大値の２０％以下となるのは、プリズム溝に平行な方向の拡散角が３０°以上である場合に限られている（実施例、比較例２）。つまり、プリズム溝に平行な方向の拡散角が大きくなるほど、輝度ムラの低減効果が大きくなる。

輝度向上フィルムＡを用いて行った輝度特性と輝度分布特性に関する上記測定結果を表４に一覧にして示す。表４においてピーク輝度が１１００ｃｄ／ｍ² 以上の輝度特性が得られているサンプルと、輝度ムラが２０％以下に低減されているサンプルには○を付し、それら以外のサンプルについて×を付している。

表４から明らかなように、輝度特性及び輝度分布特性の双方について優れた評価が得られるのは本発明の実施例のみである。また、これらの例から、プリズム溝に垂直な方向の拡散角が１０°以下で、かつ、プリズム溝に平行な方向の拡散角が３０°以上の異方性拡散シート１８を用いることによって、輝度特性の向上と輝度ムラの低減という２つの効果を同時に得ることができる。

以上、本発明の実施の形態及び実施例について説明したが、勿論、本発明はこれに限定されることなく、本発明の技術的思想に基づいて種々の変形が可能である。

例えば以上の実施の形態では、本発明に係る異方性拡散層１８をシート状に単独形成したが、これに代えて、当該拡散層１８を偏光分離素子１０に一体形成してもよい。この場合、当該拡散層は、図１１に示すように、偏光分離素子１０を構成する光源２側のプリズム基板１３ｂ側の下面側に、縦方向と横方向（Ｘ，Ｙ方向）とで断面の曲率の異なる凸又は凹形状の微小レンズ１８Ｌの群を形成することによって構成できる。

また、以上の実施の形態では、バックライトユニットの光源に蛍光管等の線状光源を用いたが、これに代えて、発光ダイオード（ＬＥＤ：Light Emitting Diode）等の点状光源を線状あるいは面状に複数配列したバックライトユニットも、本発明は適用可能である。

本発明の第１の実施の形態による液晶表示装置２０の概略構成を示す分解斜視図である。 液晶表示装置２０の他の構成例を示す分解斜視図である。 液晶表示装置２０における拡散層１８の構成を説明する図であり、Ａは平面図、ＢはＡにおける［Ｘ］−［Ｘ］方向及び［Ｙ］−［Ｙ］方向断面図、ＣはＢの他の構成例を示す同様の断面図である。 偏光分離素子１０を構成するプリズム溝１２ａ，１２ｂの形成方向に対して垂直及び平行方向の光の拡散角Ｄｙ，Ｄｘを説明する図である。 本発明の第２の実施の形態による液晶表示装置２０Ａの概略構成を示す分解斜視図である。 本発明の実施例における面状照明装置の輝度特性及び輝度分布特性の測定原理図である。 本発明の実施例における輝度分布特性の測定方法を説明する図である。 本発明の実施例の拡散シート１８の拡散角分布を示す図で、Ａはプリズム溝に垂直方向の拡散角分布を示し、Ｂはプリズム溝に平行方向の拡散角分布を示している。 本発明の比較例の拡散シート８の拡散角分布を示す図で、Ａは比較例１、Ｂは比較例２の拡散角分布をそれぞれ示している。 本発明の実施例による輝度分布特性の測定結果を示す図である。 本発明の実施の形態の変形例を模式的に示す偏光分離素子１０の要部断面図である。 従来の液晶表示装置の構成を模式的に示す側面図である。 偏光分離素子１０の構成を模式的に示す側断面図である。

符号の説明

１…液晶パネル、２…線状光源（蛍光管）、３…反射板、４…直下型バックライトユニット、５…導光板、６…反射シート、７…エッジライト型バックライトユニット、１０…偏光分離素子、１０Ａ…プリズムシート、１１ａ，１１ｂ…偏光板、１２ａ，１２ｂ，１２Ａ…溝（プリズム溝）、１３ａ，１３ｂ…プリズム基板、１４…誘電体層、１８…異方性拡散層、異方性拡散シート、１８Ｌ…微小レンズ、１８Ｓ…シート基材、２０，２０Ａ…液晶表示装置、２１，２１Ａ…面状照明装置、Ｄｙ…プリズム溝の形成方向に垂直な方向の光の拡散角、Ｄｘ…プリズム溝の形成方向に平行な方向の光の拡散角。

Claims (6)

1. 第１の方向に軸方向を有する光源と、
   光学的に透明なシート基材と、前記シート基材の主面上に形成され、前記第１の方向への光の拡散角よりも前記第１の方向と直交する第２の方向への光の拡散角の方が大きくなるように前記第１の方向と前記第２の方向とで異なる断面の曲率を有する凸又は凹形状の微小レンズの群とを有し、前記光源からの光を拡散出射する拡散層と、
   表面又は裏面に前記第２の方向に平行な断面三角形状の溝が前記第１の方向に連続して形成されたプリズム構造を有し、前記拡散層からの出射光を集光あるいは偏光する輝度向上フィルムとを備えた面状照明装置。
2. 前記輝度向上フィルムは、前記第２の方向に平行な断面三角形状の溝が前記第１の方向に連続して形成された構造面を有する第１及び第２のプリズム基板が誘電体層を介してそれぞれの山部と谷部とが一致するように対向されてなり、前記光源からの光のうち所定の偏光を選択的に透過し他の偏光を選択的に反射する偏光分離素子である請求項１に記載の面状照明装置。
3. 前記拡散層は、前記第１の方向への光の拡散角が１０度以下であり、前記第２の方向への光の拡散角が３０度以上である請求項１に記載の面状照明装置。
4. 前記光源は、前記第１の方向に軸方向を有し前記第２の方向に配列された複数の線状光源を含む請求項１に記載の面状照明装置。
5. 前記光源は、導光板と、この導光板の一端側に配置され、前記第１の方向に軸方向が配列された線状光源を含む
   ことを特徴とする請求項１に記載の面状照明装置。
6. 液晶パネルと、
   第１の方向に軸方向を有する光源を含むバックライトと、
   光学的に透明なシート基材と、前記シート基材の主面上に形成され、前記第１の方向への光の拡散角よりも前記第１の方向と直交する第２の方向への光の拡散角の方が大きくなるように前記第１の方向と前記第２の方向とで異なる断面の曲率を有する凸又は凹形状の微小レンズの群とを有し、前記バックライトからの光を拡散出射する拡散層と、
   表面又は裏面に前記第２の方向に平行な断面三角形状の溝が前記第１の方向に連続して形成されたプリズム構造を有し、前記拡散層からの出射光を集光あるいは偏光して前記液晶パネルへ出射する輝度向上フィルムとを備えた液晶表示装置。

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