JP4636503B2 - バックライトユニットおよび液晶表示装置 - Google Patents

Description

本発明は，バックライトユニットおよび液晶表示装置にかかり，特に２枚のレンチキュラーレンズシートを有する直下型バックライトユニットとそれを用いた液晶表示装置に関する。

液晶テレビジョン等の液晶表示装置では，冷陰極管などの棒状光源やＬＥＤ（：ＬＩＴＨＴ ＥＭＩＴＴＩＮＧ ＤＩＯＤＥ）などの点状光源を多数並べた光源が使われる。上記棒状または点状の光源の光から均一な面内輝度を得るため，拡散機能を持つ拡散板が用いられる。しかしながら拡散板は光を散乱させる欠点がある。よって，光の利用効率が低く，正面輝度を高くできないという問題点がある。

このために拡散板の光出射面側に，拡散シートやプリズムシートなどを複数枚配して正面輝度を向上する提案が為されている。

しかしながら，拡散シートでは正面輝度向上の効果が不十分であったり，プリズムシートでは逆に強すぎる上に不必要な方向にも光を多く出射するという問題点がある。

また，上記問題点に鑑みて，レンチキュラーレンズシートを複数用いる構造として特許文献１や特許文献２が提案されているが，周期構造体であるレンチキュラーレンズシートと液晶表示パネルの画素との間で生じるモアレパターンが問題点として挙げられ，モアレパターンを視認できない程度に減少させる技術が望まれていた。

特許３０１９０５４号 特開平６−３４７６１３号公報

そこで，本発明は，上記問題に鑑みてなされたものであり，本発明の目的とするところは，正面輝度を高くし，レンチキュラーレンズシートと液晶表示パネルの画素との間で生じるモアレパターンを視認できない程度に減少させることが可能な，新規かつ改良された，バックライトユニットおよび液晶表示装置を提供することにある。

上記課題を解決するために，本発明の第１の観点にかかるバックライトユニットによれば，相互に平行に配列された複数の棒状光源アレイが収容され，表面側が開口する筐体と，
上記棒状光源アレイから所定距離を置いて上記筐体の開口側に配置され，上記棒状光源側とは反対面の開口側に多数の第１のシリンドリカルレンズが平行に配列された第１のレンチキュラーレンズシートと，上記棒状光源アレイ側とは反対面の開口側に多数の第２のシリンドリカルレンズが平行に配列された，上記第１のレンチキュラーレンズシートに積層される第２のレンチキュラーレンズシートとを備え，上記第１のレンチキュラーレンズシートの上記第１のシリンドリカルレンズの長手方向と上記第２のレンチキュラーレンズシートの上記第２のシリンドリカルレンズの長手方向とは相互に交差し，その交差角度αの２等分線が上記棒状光源アレイの長手方向と一致するように配されることを特徴とする。

かかる構成においては，２枚のレンチキュラーレンズシートはバックライトユニットの光源から出射される光の配光角度分布を上記第１のレンチキュラーレンズシートの上記第１のシリンドリカルレンズの長手方向と上記第２のレンチキュラーレンズシートの上記第２のシリンドリカルレンズの長手方向とが相互に交差し，その交差角度αの２等分線が上記棒状光源アレイの長手方向と一致するように配されることによって調整する。なお，上記交差角度の２等分線が上記棒状光源アレイの長手方向と一致するように配されていないと上記第２のレンチキュラーレンズシート表面内の概ね標準正規分布曲線を示す等輝度曲線における各輝度の楕円曲線が斜めに曲がってしまい、ディスプレイとして好ましくない。その結果，本発明の第１の観点にかかるバックライトユニットによれば，第２のレンチキュラーレンズシート表面内の輝度を均一にし、且つ正面輝度を向上させることができる。

上記課題を解決するために，本発明の第２の観点にかかるバックライトユニットによれば，２枚のレンチキュラーレンズシートの交差角度αを１０度から８０度の範囲内で選択し構成されることを特徴としている。

かかる構成においては，２枚のレンチキュラーレンズシートはバックライトユニットの光源から液晶パネルに対して出射される光の配光角度分布を上記第１のレンチキュラーレンズシートの上記第１のシリンドリカルレンズの長手方向と上記第２のレンチキュラーレンズシートの上記第２のシリンドリカルレンズの長手方向とが相互に交差し，その交差角度αの２等分線が上記棒状光源アレイの長手方向と一致するように配されることによって調整する。ここで交差角度αを１０度から８０度の範囲内で選択される。その結果，本発明の第２の観点にかかるバックライトユニットによれば，出射光の角度分布において輝度の等高線が各輝度において横長の楕円を描き，ピーク輝度の１／２の輝度の角度位置が横（水平）方向±７０度，縦（垂直）方向±５０度から横方向±４５度，縦（垂直）方向±４３度の範囲内を満たすことができる。よって，一般的に広い視野角を必要とされる横（水平）方向により照明光を集中させ、且つ不必要な光の方向と言われる±７０度以降の輝度を低く抑えることができるため、正面輝度を向上させることができる。

上記課題を解決するために，本発明の第３の観点にかかるバックライトユニットによれば，上記第１および第２のレンチキュラーレンズシートの空間周波数比は１．０から１．５の範囲内となるように配されることを特徴とする。

かかる構成においては，レンチキュラーレンズシート２枚による１次モアレパターンとブラックマトリクスとで生じる５次モアレパターンまでの最大周期を上記第１のレンチキュラーレンズシートの上記第１のシリンドリカルレンズと上記第２のレンチキュラーレンズシートの上記第２のシリンドリカルレンズとの空間周波数比を１．０から１．５の範囲内となるように配されることによって制御する。その結果，本発明の第３の観点にかかるバックライトユニットによれば，２枚のレンチキュラーレンズシートの空間周波数比を製造的，実用的に好ましい値を取りつつ，モアレパターンを肉眼で視認できない程度に減少させることができる。
なお，肉眼の分解等とは，以下のように定義することができる。観察者が本発明の一実施形態に基づいて構成される液晶表示装置を観察する距離Ｌとすると，観察者の肉眼で分解できる最小距離であり，例えば，東海大学出版会「光学の原理Ｉ」３１９頁（マックスボルン エミルウォルフ著，草川徹，横田英嗣訳）によれば，目の分解可能最小角度θは１分（＝１／６０度）とされているので，Ｌ×ｔａｎθで表される距離が，本明細書に云う肉眼の分解能である。例えば，主に直下型バックライトユニットを用いる大画面液晶ＴＶの場合には，Ｌ＝１ｍとして２９０μｍとなる。

上記課題を解決するために，本発明の第４の観点にかかる液晶表示装置によれば，上記第１および第２のレンチキュラーレンズシートの表面側に液晶パネルが配され，上記本発明のバックライトユニットを背面照明として用いることを特徴とする液晶表示装置が提供される。

かかる構成においては，２枚のレンチキュラーレンズシートはバックライトユニットの光源から液晶パネルに対して出射される光の配光角度分布を上記第１のレンチキュラーレンズシートの上記第１のシリンドリカルレンズの長手方向と上記第２のレンチキュラーレンズシートの上記第２のシリンドリカルレンズの長手方向とが相互に交差し，その交差角度αの２等分線が上記棒状光源の長手方向と一致するように配されることによって調整する。さらに，レンチキュラーレンズシート２枚による１次モアレパターンとブラックマトリクスとで生じる５次モアレパターンまでの最大周期を、上記第１のレンチキュラーレンズシートと上記第２のレンチキュラーレンズシートとの空間周波数比を１．０から１．５の範囲内となるように配されることによって制御する。その結果，本発明の第４の観点にかかる液晶表示装置によれば，第２のレンチキュラーレンズシート表面内の輝度を均一にし正面輝度を向上させることができる。さらに，出射光の角度分布において輝度の等高線が各輝度において横長の楕円を描き，ピーク輝度の１／２の輝度の角度位置が横（水平）方向±７０度，縦（垂直）方向±５０度から横方向±４５度，縦（垂直）方向±４３度の範囲内を満たすことができる。よって，一般的に不必要な光の方向と言われる±７０度以降の輝度を低く抑えることができる。さらに，２枚のレンチキュラーレンズシートの空間周波数比を製造的，実用的に好ましい値を取りつつ，モアレパターンを肉眼で視認できない程度に減少させることができる。

上記課題を解決するために，本発明の第５の観点にかかる液晶表示装置によれば，上記第１および第２のシリンドリカルレンズの空間周波数を同じ（空間周波数比を１．０）μとして数式１で表される上記第１および第２のシリンドリカルレンズ間で生じる１次モアレパターンの空間周波数と液晶パネルの水平方向のブラックマトリクスの空間周波数との比を１．２，１．２５，１．３３，１．４，１．５，１．６，１．６７，１．７５，２．３３，２．５，２．６７，３．０，３．５，４．０，４．５，５．０から成る群から選択されるいずれかの値となるようにすることを特徴とする液晶表示装置が提供される。
２μｓｉｎ（α／２）
・・・（数式１）

かかる構成においては，レンチキュラーレンズシート２枚による１次モアレパターンと液晶パネルの水平方向のブラックマトリクスとで生じる５次モアレパターンまでの最大周期を上記第１および第２のレンチキュラーレンズシート間で生じる１次モアレパターンの空間周波数と液晶パネルの水平方向のブラックマトリクスの空間周波数との比を１．２，１．２５，１．３３，１．４，１．５，１．６，１．６７，１．７５，２．３３，２．５，２．６７，３．０，３．５，４．０，４．５，５．０から成る群から選択されるいずれかの値となるようにすることによって制御する。その結果，本発明の第５の観点にかかる液晶表示装置によれば，２枚のレンチキュラーレンズシートの空間周波数比を製造的，実用的に最も好ましい値を取りつつ，モアレパターンを肉眼で視認できない程度に減少させることができる。

以上説明したように本発明によれば，正面輝度を高くし，レンチキュラーレンズシートと液晶表示パネルの画素との間で生じるモアレパターンを視認できない程度に減少させることができる。

以下に添付図面を参照しながら，本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお，本明細書及び図面において，実質的に同一の機能構成を有する構成要素については，同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

（第１の実施形態）
まず，本発明の第１の実施形態にかかるバックライトユニット１１０および液晶表示装置１１２について説明する。図１に本発明の各実施形態にかかる液晶表示装置１１２の各構成部を分離して全体構成を示した正面図を示す。上記液晶表示装置１１２はバックライトユニット１１０と液晶表示パネル１０８から構成されている。そして，上記バックライトユニット１１０は筐体１００と光源１０２と第１のレンチキュラーレンズシート１０６と第２のレンチキュラーレンズシート１０４から構成されている。上記筐体１００は相互に平行に配列された複数の棒状光源１０２のアレイが収容され，表面側が開口されている。上記棒状光源１０２のアレイから所定距離を置いて上記筐体の開口側に配置され，上記棒状光源側とは反対面の開口側に多数の第１のシリンドリカルレンズが平行に配列された第１のレンチキュラーレンズシート１０６が備えられる。また，上記棒状光源１０２のアレイ側とは反対面の開口側に多数の第２のシリンドリカルレンズが平行に配列された，上記第１のレンチキュラーレンズシート１０６に積層される第２のレンチキュラーレンズシート１０４とが備えられる。さらに液晶表示装置１１２は上記第１および第２のレンチキュラーレンズシートの表面側に液晶パネル１０８が配され，上記バックライトユニット１１０を背面照明として用いる。

図２は図１の上記構成部を組み合わせて正面から縦方向に切り出した断面を上記筐体１００の側方から視した説明図である。図２を参照すれば表面側が底面から側方に向かって伸びる開口部を有する上記筐体１００の底面部付近に相互に平行に配列された複数の棒状光源１０２のアレイが収容されている。上記棒状光源１０２のアレイから所定距離を置いて上記筐体の開口側に配置され，上記棒状光源側とは反対面の開口側に多数の第１のシリンドリカルレンズが平行に配列された第１のレンチキュラーレンズシート１０６が備えられる。また，上記棒状光源１０２のアレイ側とは反対面の開口側に，多数の第２のシリンドリカルレンズが平行に配列された，上記第１のレンチキュラーレンズシート１０６に積層される第２のレンチキュラーレンズシート１０４とが備えられる。さらに上記第１および第２のレンチキュラーレンズシートの表面側に液晶パネル１０８が配され，上記バックライトユニット１１０を背面照明として用いることを特徴とする液晶表示装置１１２が構成される。

図３は図１の部分Ａを拡大し，上記第１レンチキュラーレンズシート１０６および上記第２レンチキュラーレンズシート１０４上のシリンドリカルレンズの配置と上記光源１０２の位置関係を示す説明図である。上記第１レンチキュラーレンズシート１０６上の斜線と上記第２レンチキュラーレンズシート１０４上の斜線はその線上シリンドリカルレンズが間隔を空けることなく平行に配置されていることを示す。そして，上記第１レンチキュラーレンズシート１０６と上記第２レンチキュラーレンズシート１０４上のシリンドリカルレンズの配置位置を示す配置線はその延長線上で交差される。その交差角度をα°とすると，上記交差角度は０〜９０度の間の任意角度を選択できる。冷陰極管あるいは３色のＬＥＤ（：ＬＩＴＨＴ ＥＭＩＴＴＩＮＧ ＤＩＯＤＥ）を１列に複数並べた点光源列などの上記光源１０２は上記交差角度α°を２等分する２等分線と平行になるように配置される。

上記第１および第２のレンチキュラーレンズシートは，レンズ凹型を精密切削した金型を用いて，透明性の高い成形用樹脂（例えば、アクリル，ポリカーボネート＜ＰＣ＞，ＭＳ樹脂，環状オレフィンポリマー樹脂＜ＣＯＰ＞，環状オレフィンコポリマー樹脂＜ＣＯＣ＞等に必要に応じて各種添加剤を混合したもの）を射出成型，溶融キャスティング，押出し成型法などで成型したシートである。あるいは金型を用いて透明フィルム基材（ポリエチレンテレフタレート＜ＰＥＴ＞，ポリエチレンナフタレート＜ＰＥＮ＞，アクリル，ポリカーボネート＜ＰＣ＞，ＭＳ樹脂，環状オレフィンポリマー樹脂＜ＣＯＰ＞，環状オレフィンコポリマー樹脂＜ＣＯＣ＞，あるいは上記樹脂を２種類以上共重合させた樹脂等に必要に応じて各種添加剤を混合した樹脂からなるフィルム基材またはシート基材）上に熱硬化型／光硬化型の樹脂を加熱成型／光成型したものでもよい。

このとき，本発明の第１の実施形態では、光の散乱を最小限にし、レンズの屈折作用によって面内均一でしかも高い輝度を有する液晶表示装置１１２を実現できる。２枚のレンチキュラーレンズシートを構成するシリンドリカルレンズの集光能力（曲率）と上記レンチキュラーレンズの配置線の交差角度を選ぶことで光源から出射する光の出射角度分布において各輝度の等輝度線が横長の楕円を描く。（図５（ａ），図５（ｂ）を参照）

図５は光源からの出射光の角度分布における２枚のレンチキュラーレンズシートを介した輝度分布を示す説明図である。図５（ｂ）を参照すれば光源からの出射角度が０°の時にピーク輝度５００を示し，水平方向（図中のｘ方向）において出射角度が±４５°の時にピーク輝度の１／２を示していることがわかる。また図５（ｃ）を参照すれば，垂直方向（図中のｙ方向）において出射角度が±４３°の時にピーク輝度の１／２を示していることがわかる。図５（ａ）を参照すれば２枚のレンチキュラーレンズシートを介した輝度分布図において各輝度の等輝度線が横長の楕円を描く。

本発明の第１の実施形態にかかるバックライトユニット１１０および液晶表示装置１１２は２枚のレンチキュラーレンズシートで生じるモアレパターンＡ（図４の１次モアレパターン４０４を参照）とレンチキュラーレンズシートと液晶パネルの液晶画素との間のモアレパターンＢ，さらにモアレパターンＡと液晶パネルの液晶画素間のモアレパターンＣ３種類全てのモアレパターンを視認できない程度になるように，レンチキュラーレンズシート上のシリンドリカルレンズピッチの逆数を示す空間周波数と２枚のレンチキュラーレンズシート上のシリンドリカルレンズの配置線の交差角度を選択したバックライトユニット１１０を備え，それを背面照明として用い構成されている。図４を参照すれば，液晶パネル１０８上の各ＲＧＢ（：ＲＥＤ ＧＲＥＥＮ ＢＬＵＥ）画素間に位置するブラックマトリクス４０２と２枚のレンチキュラーレンズシートが交差角度α°で生じた上記１次モアレパターン４０４とによって２次以降のモアレパターンが生じる。

本発明の第１の実施形態にかかるバックライトユニット１１０および液晶表示装置１１２の具体例は図２のような液晶表示装置で，筐体開口部付近に，曲率半径が８０μｍのシリンドリカルレンズが周期１３３μｍ（空間周波数７．５２本／ｍｍ）で１方向に並んでいるレンチキュラーレンズシートをそのレンズ面を上にして２枚のレンチキュラーレンズシート上のシリンドリカルレンズの配置線の交差角度を４０°で配置し，その交差角度の２等分線が線状光源と平行になるよう配し構成されている。レンチキュラーレンズシートは単体でも弛みがでないようにそれぞれ厚み１．２ｍｍの透明度が高い樹脂であるＰＭＭＡ（アクリル：ＰＯＬＹ ＭＥＴＨＹＬ ＭＥＴＨ ＡＣＬＹＬＡＴＥ）製シートにレンズ凹型を熱プレスして成型したもので構成される。

第１の実施形態において，第２のレンチキュラーレンズシート１０４は厚み１２５μｍのＰＥＴ（：ＰＯＬＹ ＥＴＨＹＬＥＮＥ ＴＥＲＥＰＨＴＡＬＡＴＥ）フィルムにレンズ凹型を用いてＵＶ（：ＵＬＴＲＡＶＩＯＬＥＴ ＬＩＧＨＴ）硬化型樹脂を光硬化して作製してもよい。更には第２のレンチキュラーレンズシートのＰＥＴ（：ＰＯＬＹ ＥＴＨＹＬＥＮＥ ＴＥＲＥＰＨＴＡＬＡＴＥ）基材裏面側にＵＶ（：ＵＬＴＲＡＶＩＯＬＥＴ ＬＩＧＨＴ）硬化型光学接着剤であるＮＯＲＬＡＮＤ社製のＮＯＡ６８を厚み１．５μｍでコーティングし，第１レンチキュラーレンズシート１０６とラミネート，ＵＶ（：ＵＬＴＲＡＶＩＯＬＥＴ ＬＩＧＨＴ）露光して接着剤を硬化して一体化することも可能である。

第１の実施形態によれば，第２のレンチキュラーレンズシート１０４表面内の輝度を均一にし正面輝度を向上させることができる。また，出射光の角度分布において輝度の等高線が各輝度において横長の楕円を描き，ピーク輝度の１／２の輝度の角度位置が横（水平）方向±７０度，縦（垂直）方向±５０度から横方向±４５度，縦（垂直）方向±４３度の範囲内を満たすことができる。なお，上記角度位置は輝度分布を標準正規分布曲線と仮定して、ピーク輝度の１／２の輝度値を取る角度を変えて数値計算した結果から、ピーク輝度がどの面から見ても輝度が常に等しい完全拡散面の１．５から２倍となる角度範囲を選んだ値である。よって，一般的に不必要な光の方向と言われる±７０度以降の輝度を低く抑えることができる。

（第２の実施形態）
次に，本発明の第２の実施形態にかかるバックライトユニット１１０および液晶表示装置１１２について説明する。本発明の第１の実施形態との差異を中心に説明する。曲率半径７２μｍ，周期１３３μｍ（空間周波数７．５２本／ｍｍ）で成型したレンチキュラーレンズシート２枚を４５°の角度で２枚交差配置し，その交差角度の２等分線が線状光源と平行になるよう配し構成される。

これにより出射光の角度分布における輝度等高線が各輝度において横長の楕円を描き，ピーク輝度の１／２の輝度の角度位置が横（水平）方向±５０度，縦（垂直）方向±４３度になる。これにより広い範囲で違和感なく液晶表示装置を観察でき，しかもピーク輝度の上昇を図ることができる。

（第３の実施形態）
次に，本発明の第３の実施形態にかかるバックライトユニット１１０および液晶表示装置１１２について説明する。本発明の第１の実施形態との差異を中心に説明する。横方向のブラックマトリクス（例えば図４のブラックマトリクス４０２）の間隔が１７０μｍの液晶表示パネル１０８と図２に示すバックライトユニット１１０とからなる液晶表示装置１１２で，上記バックライトユニット１１０には，曲率半径７２μｍ，周期１３３μｍ（空間周波数７．５２本／ｍｍ）で成型した第１レンチキュラーレンズシート１０６を下側に，曲率半径４８μｍ，周期８９μｍ（空間周波数１１．２本／ｍｍ）で成型した第２レンチキュラーレンズシート１０４を上側に配して，４０°の角度で交差配置し，その交差角度の２等分線が線状光源と平行になるよう配し構成される。

このとき交差配置した上記レンチキュラーレンズシート２枚による１次モアレパターンは液晶パネル上，周期１３６μｍで縦方向に対して２９度の角度で生じ，上記モアレパターンは肉眼の分解能以下なので視認されない。また，上記１次モアレパターンと液晶パネル１０８上のＬＣＤ（：ＬＩＱＵＩＤ ＣＲＹＳＴＡＬ ＤＩＳＰＬＡＹ）画素のブラックマトリクスとで生じる５次モアレパターンまでの最大周期を持つモアレパターンは周期２８０μｍとなるので，これも視認されず，モアレパターンのない良好な表示を可能とする。

上記第３の実施形態では２枚のレンチキュラーレンズシートの空間周波数比を１．５（≒１３３μｍ／８９μｍ）としたがモアレパターンを視認しにくい空間周波数比についての考察を以下に説明する。

まず，空間周波数μａと空間周波数μｂの２つのレンチキュラーレンズシートを角度αで重ねたとき生じるモアレパターンの空間周波数μ_Mとその角度φはそれぞれ以下の数式２，数式３で示される。ここでｍ，ｎは整数でモアレパターンの次数を表す。

例えば，上記数式２で，１２０μｍ周期のレンチキュラーレンズ（μａ＝８．３３３）と１００μｍ周期のレンチキュラーレンズ（μｂ＝１０）を平行（α＝０）配置で３次のモアレまでを計算すると，ｎ＝１〜３，ｍ＝１〜３となり，生じるモアレパターンの空間周波数は以下表１のように９種類になる。

ここで，ｎ，ｍのうち大きいほうの数字をモアレの次数と呼ぶ。上表の太線で囲った部分が２次のモアレになる。

上記表１は，上述したようにμａ＝８．３３３とμｂ＝１０で，空間周波数比が１．２のときである。このとき最も低い周波数（周期が長い）のモアレパターンは，周波数１．６６７（周期０．６ｍｍ）のｎ＝１，ｍ＝１のときの１次モアレパターンということになる。

よって，１次モアレパターンまでは１種類，２次モアレパターンまでは４種類，３次モアレパターンまでは９種類，４次モアレパターンまでは１６種類，５次モアレパターンまでは２５種類のモアレパターンが生じ，それぞれでの最小周波数のモアレパターン（周期が最も長いので最も嫌われるモアレパターン）を肉眼識別レベル以下に細かくすれば，モアレパターンの問題は小さいものになる。

上記で最も嫌われるモアレパターンとは表示画像上に不快な白黒パターンが重なって観察されてしまうことである。モアレパターンが存在すると，ディスプレイを観察する際に白黒の余計な縞模様が見えることになるので，モアレパターンの周期がとても細かくて肉眼で識別できない程度なら問題ないが，例えば１ｍｍの周期でモアレパターンが出現するとディスプレイとして許されない欠陥になる。

最小周波数のモアレパターンを肉眼識別レベル以下に細かくすれば，それ以外のモアレパターン（周波数が最小ではないもの）はもっと細かいので，結局最小周波数のモアレパターンの周期を問題にすればよい。そういう意味で，各周波数比において，次数に応じて何種類かのモアレパターンの周波数を計算して（例えば５次までなら２５種類），その中で最小周波数のモアレパターンを導出し，最も周期が小さくなる周波数比を規定することでモアレパターンを視認できない程度に減少させることができる。

そこで，αを所定角度（所望の輝度角度分布の楕円形状に依存）としてレンチキュラーレンズシート２枚で生じるモアレパターンを上記数式２，上記数式３で５次まで２５種類計算し，さらにそのモアレパターンと液晶パネル上のＬＣＤ（：ＬＩＱＵＩＤ ＣＲＹＳＴＡＬ ＤＩＳＰＬＡＹ）画素のブラックマトリクスとの間で生じるモアレパターンを５次まで計算して，つまり全体で６２５種類，最小空間周波数をプロットして示した説明図を図６に示す。なお，図６ではαを１０°として計算した場合を示す。図７はαを０°，つまり平行配置のときに５次までのモアレパターンを計算したときの最小空間周波数をプロットして示した説明図である。図８はαを０°，つまり平行配置のときに２次までのモアレパターンを計算したときの最小空間周波数をプロットして示した説明図である。ここでは，第２の実施形態の構成，交差角度αを１０°から８０°の範囲内で選択，を構成要件として含む図６の結果において最適な２枚のレンチキュラーレンズシートの空間周波数比を導き出す。

グラフの横軸は２枚のレンチキュラーレンズシートの空間周波数比，縦軸はそれぞれの空間周波数比において上述の６２５種類計算したモアレパターンの最小周波数と２枚のレンチキュラーレンズシートの空間周波数の高い方（ここでは第１周波数）との空間周波数比である。

２枚のレンチキュラーレンズシートの空間周波数は同程度であることが実用上好ましいことと，図６の結果から２枚のレンチキュラーレンズシートの空間周波数比は１．０〜１．５が良い。ちなみに２枚のレンチキュラーレンズシートの空間周波数があまり異なると片方をとても細かく，もう一方をとても粗くすることになるので，粗いほうのレンチキュラーレンズそのものが肉眼で見えてしまうので実用上好ましくない。

（第４の実施形態）
次に，本発明の第４の実施形態にかかるバックライトユニット１１０および液晶表示装置１１２について説明する。本発明の第１の実施形態との差異を中心に説明する。横方向のブラックマトリクスの間隔が１７０μｍの液晶表示パネル１０８と図２に示すバックライトユニット１１０とからなる液晶表示装置１１２で，上記バックライトユニット１１０には，曲率半径４２μｍ，周期６６．４μｍで成型したレンチキュラーレンズシート２枚を４０°の角度で交差配置し，その交差角の２等分線が線状光源と平行になるよう配し構成される。

このとき交差配置したレンチキュラーレンズシート２枚による５次モアレパターンまでの最大周期を持つモアレパターンは１次モアレパターンで，液晶表示パネル上において垂直方向に平行に周期９７μｍで生じるが，肉眼の分解能以下のサイズなので視認されない。また，このレンチキュラーレンズシート２枚により生じるモアレパターンと，液晶パネル上のＬＣＤ画素のブラックマトリクスとの間で生じる１次モアレパターンは２２７μｍの周期となるので，これも視認されず，モアレパターンのない良好な表示を可能とする。

第４の実施形態では，２枚のレンチキュラーレンズシートの空間周波数比を１とし，レンチキュラーレンズシート同士で生じる１次モアレパターンの空間周波数と液晶パネル水平方向のブラックマトリクスの空間周波数との比を１．７５（≒１７０／９７）としたがなぜその値を選択したか，その根拠を以下に説明する。

２枚のレンチキュラーレンズシートの空間周波数比を１とした場合，それによって生じるモアレパターンとブラックマトリクスとの空間周波数比によってはとても大きな周期，つまり肉眼ではっきり識別できる不快なパターンが生じる。よって，これを避けるような空間周波数比を限定することが重要になる。

図９は交差したレンチキュラーレンズシートで生じた１次モアレパターンの周波数とＬＣＤ（：ＬＩＱＵＩＤ ＣＲＹＳＴＡＬ ＤＩＳＰＬＡＹ）画素のブラックマトリクスの空間周波数比を横軸に，生じたモアレパターンを２次まで計算したときに生じる複数モアレパターンの空間周波数の最小値（最大の周期となる点）とレンチキュラーレンズシートの空間周波数との比を縦軸にしてプロットして示した説明図である。同様に図１０は生じたモアレパターンを３次まで計算した場合の説明図である。同様に図１１は生じたモアレパターンを４次まで計算した場合の説明図である。同様に図１２は生じたモアレパターンを５次まで計算した場合の説明図である。

図９〜１２における極小点を取ると１．２，１．２５，１．３３，１．４，１．５，１．６，１．６７，１．７５，２．３３，２．５，２．６７，３．０，３．５，４．０，４．５，５．０の１６点指定された空間周波数比になる。それぞれの値の±５％の範囲も含む。これは製造誤差等を考慮した値であり，例えば空間周波数比が１．２の場合，１．１４〜１．２６の間の値を有効値とする。

また，実際には空間周波数比が５．０より大きくても極小点を取るが，ブラックマトリクスのサイズは数十μｍから２００μｍ程度である。（ＬＣＤ（：ＬＩＱＵＩＤ ＣＲＹＳＴＡＬ ＤＩＳＰＬＡＹ）の大きさと画素数によって決まる）空間周波数比を５とすると，２枚のレンチキュラーレンズで生じる１次モアレの周期は数μｍから４０μｍの周期となり，実際のレンチキュラーレンズそのものの周期は更に細かいもの（例えば１次モアレの周期を４０μｍとするには，α＝４０°でレンチキュラーレンズの周期２７．４μｍ）となって，レンチキュラーレンズとしての実現可能性が低くなる。

実現可能性が低いということは，レンチキュラーレンズの周期が細かすぎると製造技術上の困難さが増すと同時に，レンズの屈折と同時に周期構造からくる回折現象が現れレンチキュラーレンズとして機能しなくなることである。以上から，空間周波数比が５．０以下での極小点をとって上記１６個のうちのいずれかの空間周波数比をとれば，モアレの問題の少ないものが得られる。

何次のモアレパターンまでを考慮しなければいけないかは，レンチキュラーレンズの厚みやレンズ高さ，材質や照明条件等で異なるので一概に３次とか４次までと言えない。そこで，５次まで計算して，２次までなら図９より１．５または３．０，３次までなら図１０より１．３３，１．６７，２．５，４．０のいずれか，４次までなら図１１より１．２５，１．４，１．６７，２．５，３．５，５．０のいずれか，５次までなら図１２より１．２，１．４，１．６，１．７５，２．３３，２．６７，３．５，４．５のいずれかが上記にあるように極小値になるので，その比率を選ぶ。その結果，正面輝度を高くし，レンチキュラーレンズシートと液晶表示パネルの画素との間で生じるモアレパターンを視認できない程度に減少させることができる。

以上，添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが，本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば，特許請求の範囲に記載された範疇内において，各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり，それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

例えば上記各実施形態で，図１３Ａにあるように上側レンチキュラーレンズシート１００２の下側（光源側）平坦面と、下側レンチキュラーレンズシート１００４のレンズ頂点とを、接着剤あるいは粘着剤１０００で接着／粘着したもので構成されても良い。

必要に応じて，基材樹脂中に光拡散剤を分散して拡散機能を持たせた光拡散板を用いることで輝度の面内均一性を高めても良い。この場合，拡散板の全光線透過率が８０％以上で，ヘイズ値９０以下が好ましい。

さらに図２のバックライトユニット構造のレンチキュラーレンズシート上側に輝度の面内均一性を高める目的で拡散シートを用いても良い。

また交差した２枚のレンチキュラーレンズシートの上（液晶パネル側），下（光源側）間に偏光分離シートを配して光量利用効率を上げても良い。同様の目的で，図１３Ｂ，図１３Ｃにあるように上側，下側レンチキュラーレンズシートの基材あるいは間に挟んだ，透明樹脂板１０１２，１０２０それ自体が偏光分離機能を有してもよい。

本発明は，バックライトユニットおよび液晶表示装置に用いられ，特に２枚のレンチキュラーレンズシートを有する直下型バックライトユニットとそれを用いた液晶表示装置に適用可能である。

液晶表示装置の各構成部を分離して全体構成を示した正面図である。 図１の各構成部を組み合わせて縦方向に切り出した断面を筐体の側方から視した説明図である。 図１の部分Ａを拡大し，２枚のレンチキュラーレンズシート上のレンチキュラーレンズの配置と光源配置の位置関係を示す説明図である。 ２枚のレンチキュラーレンズシートにより生じる１次モアレパターンと液晶表示パネル上のブラックマトリクスとで生じるモアレパターンを示す説明図である。 光源からの出射光の角度分布における２枚のレンチキュラーレンズシートを介した輝度分布を示す説明図である。 ２枚のレンチキュラーレンズシートの空間周波数比におけるモアレパターンの最大ピッチの関係をグラフで示す説明図である。 ２枚のレンチキュラーレンズシートの空間周波数比におけるモアレパターンの最大ピッチの関係をグラフで示す説明図である。 ２枚のレンチキュラーレンズシートの空間周波数比におけるモアレパターンの最大ピッチの関係をグラフで示す説明図である。 １次モアレの周波数とＬＣＤ画素のブラックマトリクスの空間周波数比における生じたモアレパターンを２次まで計算したときに生じるモアレパターンの最大ピッチの関係をグラフで示す説明図である。 １次モアレの周波数とＬＣＤ画素のブラックマトリクスの空間周波数比における生じたモアレパターンを３次まで計算したときに生じるモアレパターンの最大ピッチの関係をグラフで示す説明図である。 １次モアレの周波数とＬＣＤ画素のブラックマトリクスの空間周波数比における生じたモアレパターンを４次まで計算したときに生じるモアレパターンの最大ピッチの関係をグラフで示す説明図である。 １次モアレの周波数とＬＣＤ画素のブラックマトリクスの空間周波数比における生じたモアレパターンを５次まで計算したときに生じるモアレパターンの最大ピッチの関係をグラフで示す説明図である。 ２枚のレンチキュラーレンズシートの構成を示す説明図である。 ２枚のレンチキュラーレンズシートの構成を示す説明図である。 ２枚のレンチキュラーレンズシートの構成を示す説明図である。

符号の説明

１００，２００，３００ 筐体
１０２，３０２ 光源
１０６，３０６，１００４，１０１０，１０１８ 第１レンチキュラーレンズシート
１０４，３０４，１００２，１００８，１０１６ 第２レンチキュラーレンズシート
１０８ 液晶パネル
１１０ バックライトユニット
１１２ 液晶表示装置
４０２ ブラックマトリクス
４０４ １次モアレパターン
５００ ピーク輝度
１０００ 接着剤あるいは粘着剤
１００６，１０１４ 粘着層
１０１２，１０２０ 透明樹脂板

Claims (5)

1. 相互に平行に配列された複数の棒状光源アレイが収容され，表面側が開口する筐体と；
   前記棒状光源アレイから所定距離を置いて前記筐体の開口側に配置され，前記棒状光源側とは反対面の開口側に多数の第１のシリンドリカルレンズが平行に配列された第１のレンチキュラーレンズシートと；
   前記棒状光源アレイ側とは反対面の開口側に多数の第２のシリンドリカルレンズが平行に配列された，前記第１のレンチキュラーレンズシートに積層される第２のレンチキュラーレンズシートとを備え；
   前記第１のレンチキュラーレンズシートの前記第１のシリンドリカルレンズの長手方向と前記第２のレンチキュラーレンズシートの前記第２のシリンドリカルレンズの長手方向とは相互に交差し，その交差角度αの２等分線が前記棒状光源アレイの長手方向と一致するように配されることを特徴とする，バックライトユニット。
2. 前記交差角度αが１０度から８０度の範囲内にあり、前記バックライトユニット上のあらゆる１点からの出射照明光が、出射光の角度分布において輝度の等高線が横長の楕円を描き、ピーク輝度の１／２の輝度の角度位置が横（水平）方向±７０度、縦（垂直）方向±５０度から横方向±４５度、縦方向±４３度の範囲内にあることを特徴とするバックライトユニット。
3. 前記第１および第２のレンチキュラーレンズシートの空間周波数比が１．０から１．５の範囲内となるように配されることを特徴とする，請求項１または２に記載のバックライトユニット。
4. 前記第１および第２のレンチキュラーレンズシートの表面側に液晶パネルが配され，請求項１〜３のいずれかに記載のバックライトユニットを背面照明として用いることを特徴とする，液晶表示装置。
5. 前記第１および第２のレンチキュラーレンズシートの空間周波数を同じ（空間周波数比を１．０）μとして、数式１で表される前記第１および第２のレンチキュラーレンズシート間で生じる１次モアレパターンの空間周波数と液晶パネルの水平方向のブラックマトリクスの空間周波数との比を１．２，１．２５，１．３３，１．４，１．５，１．６，１．６７，１．７５，２．３３，２．５，２．６７，３．０，３．５，４．０，４．５，５．０から成る群から選択されるいずれかの値となるようにすることを特徴とする，請求項４に記載の液晶表示装置。
   ２μｓｉｎ（α／２）
   ・・・（数式１）
   
   
   
   
   

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