JP4894019B2 - 光学ユニット、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

Description

本発明は，測定エリアの輝度ムラの発生を少なくすることができる光学ユニット、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、液晶ディスプレイは、急速に市場に浸透してきた。最近では、技術の進歩に伴い、より大画面化されてきている。
更に、液晶ディスプレイの設置性が向上することから、薄型化の要求が高まってきている。

表示画面の大型化に伴い、その表示画面の輝度ムラが目立ってきており、改善が望まれてきている。
表示画面内の輝度ムラ発生の主原因としては、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。
このような大画面の液晶ディスプレイの輝度ムラを低減するため、バックライト装置を改良した技術が、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。
バックライト装置は、液晶表示パネルに照明光を供給するため、液晶表示パネルの背面直下に設置されている。
図１８に示すように、特許文献1に記載のバックライト装置１０１は、線状光源１０２と、反射板１０３と、光学ユニット１０４とを有しており、光源１０２は、反射板１０３の一面側に設置されている。
更に、光学ユニット１０４は、線状光源１０２に近い側から、拡散板１０５、第１の拡散シート１０６、集光シート１０７、及び第２の拡散シート１０８が順に設置されている。

第１及び第２拡散シート１０６，１０８は、光透過性のシート状の基材の光出射面側に光拡散性を有する粒子が塗布された光拡散面を備えたものである。
また、集光シート１０７は、透光性のシート状の基材の光出射面側に集光機能をもつプリズム部が多数連続して配列したプリズムシートで構成されている。

線状光源１０２から出射した光は、拡散板１０５及び第１の拡散シート１０６で拡散された後、散乱された光は集光シート１０７で集光シート１０７に直交する方向に近づくよう回折され、集光され出射される。これにより、所定の視野角方向の輝度を向上する。更に、第２の拡散シート１０８では、入射した光を拡散し、輝度ムラを低減する。

特開２００８-４６６０１号公報

ところで、液晶ディスプレイの薄型化を図る場合、線状光源１０２の中心と拡散板１０５までの距離（Ｈ、以下、光学ユニット距離と称す）を短くすることが必要となる。
しかしながら、この従来の構成で光学ユニット距離Ｈは、１５ｍｍ程度であったが、この光学ユニット距離Ｈを短くした場合、線状光源１０２の真上部分とそれ以外の部分で輝度差が大きくなり、液晶パネルの面内でバックライト装置１０１から出射される照明光の周期的な輝度ムラが生じる。

その対策のため、光学ユニット１０４に複数の光学シートを追加して輝度ムラを低減することが可能であるが、複数の光学シートを追加することは、コストの上昇と輝度の低下を招いてしまう。
また、別の対策として、線状光源１０２の本数を増加するにより、輝度の低下を抑えながら輝度ムラを低減することが可能である。
しかしながら、線状光源１０２の本数を増加することは、線状光源１０２以外にも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るため、コストの上昇と消費電力の増加とを引き起こしてしまう。
更に、上記の光学シートを追加すること及び線状光源１０２の本数を増加することによる輝度ムラの対策では、バックライト装置１０１から出射される照明光のうち、バックライト装置１０１に直交する方向に出射する照明光については輝度ムラが改善されるが、斜め方向に出射される照明光については輝度ムラが十分に改善されているとは言えなかった。
また、斜め方向に出射される照明光に対する輝度ムラを十分に改善するためには、更なる光学シートの追加や線状光源１０２の本数増加が必要となるが、光学シートの追加は全体的な輝度低下を招き、線状光源１０２の本数増加は、更なる回路の部品点数の増加によるコスト上昇と消費電力増加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を目的とする。
また、線状光源１０２と光学ユニット１０４との距離を狭くし、液晶ディスプレイを薄型化した場合においても、線状光源１０２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を目的とする。
また、バックライト装置１０１に直交する方向ばかりでなく、斜め方向に出射される照明光についても輝度ムラを低減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、次の１）乃至６）の構成を有する。
１）液晶ディスプレイのバックライト装置１に用いられ、複数の光学部材からなり、バックライト装置１が有する光源３からの光を透過する光学ユニット５において、光源３から出射した光の光路上に、入射した光を散乱する機能を有すると共に、一面に断面が鋸歯状の突条プリズムを有する散乱集光手段６と、一面に略半球体又は略半楕円体の複数のマイクロレンズを有する第1の集光拡散手段７と、一面に断面が鋸歯状の突条プリズムを有する集光手段８と、一面に略半球体又は略半楕円体の複数のマイクロレンズ１２を有する第２の集光拡散手段９と、をこの順で順次配設し、各一面は、当該光学ユニットの光の出射側とされており、第1の集光拡散手段７の配光半値角が２度〜１５度であり、且つ、第２の集光拡散手段９の配光半値角αが８度〜２５度であることを特徴とする光学ユニット５。
２）１）に記載の光学ユニット５において、光源３から出射した光が第２の集光拡散手段９を透過した後の光路上に、入射した光を２種類の直線偏光状態の光に分離し、分離した一方の直線偏光状態の光を透過し、他方の直線偏光状態の光を反射する偏光分離手段１６が配設されていることを特徴とする光学ユニット５。
３）１）乃至３）のいずれか１項に記載の光学ユニット５と、光源３と、光学ユニット５に対して光源３を挟んで対向する位置に配設された反射板４とを有することを特徴とするバックライト装置１。
４）３）に記載のバックライト装置１と、バックライト装置１における光源３に対して光学ユニット５を挟んで対向する位置に配設された液晶パネル２３とを有することを特徴とする液晶モジュール１９。
５）４）に記載の液晶モジュール１９と、液晶モジュール１９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２０。

本発明によれば、液晶ディスプレイ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、線状光源と光学ユニットとの距離を狭くし、液晶ディスプレイを薄型化した場合においても、線状光源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る。
また、バックライト装置に直交する方向ばかりでなく、斜め方向に出射される照明光についても輝度ムラを低減することができる。
また、線状光源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。

以下に、本発明に係る光学ユニット及びそれを用いた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。
図１は、本発明に係るバックライト装置の実施例を示す断面図である。図２は、本発明に係る第１の形態の光学ユニットの実施例を示す断面図である。図３は、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。図４は、本発明に係るマイクロレンズ付き光学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。図５は、本発明に係るマイクロレンズ付き光学シートの別の形態の実施例を示す部分平面図及び部分断面図である。図６は、本発明に係るマイクロレンズ付き光学シートの更に別の形態の実施例を示す部分平面図及び部分断面図である。図７は、本発明に係るマイクロレンズ付き光学シートの配光半値角の測定方法を示す概略図と、その測定結果を示す図である。図８は、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。図９は、本発明に係る第２の形態の光学ユニットの実施例を示す断面図である。図１０は、本発明に係るバックライト装置の実施例を示す部分断面図である。図１１は、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。図１２は、本発明に係るバックライト装置の目視による輝度ムラの評価結果である。図１３は、本発明に係るバックライト装置の２次元色彩輝度計による輝度ムラの測定結果である。図１４は、本発明に係るバックライト装置の輝度ムラの発生を説明する概略図である。図１５は、本発明に係るバックライト装置の輝度ムラの角度依存性を示すグラフである。図１６は、本発明に係る液晶モジュールを示す斜視展開図である。図１７は、本発明に係る液晶ディスプレイを示す斜視図である。
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。

初めに、図1に示すように、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から出射した照明光のうち液晶表示パネル２と反対方向に出射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ユニット５を有する。

（第１の形態の光学ユニット）
次に、図２、図３を用いて本発明の第１の形態の光学ユニット５ａによる、液晶表示パネル２の表示領域における輝度ムラの低減について説明する。輝度ムラとは、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ムラのことである。
図２に示すように、第１の形態の光学ユニット５ａは、光源３と液晶表示パネル２との間に光源３から所定の距離Ｈ（光学ユニット距離）を隔てて配設されており、光源３側から照明光の出射面にプリズムを形成したプリズム付き拡散板６と第１のマイクロレンズ付き光学シート７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８と、第２のマイクロレンズ付き光学シート９とがこの順に配設されている。

図３に示すように、プリズム付き拡散板６は、シート状の基材における照明光の出射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６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６は、光源３からの出射光および反射板４による反射光を散乱させて輝度分布を良化することができる。

プリズム付き拡散板６のシート状の基材部上に形成されたプリズム部１０は、光の出射面上に平行かつ等間隔である複数の突条のプリズムを備えており、プリズムの断面は鋸歯状の形状を有している。
プリズムは、プリズム付き拡散板６を長手方向に垂直な方向に切断した断面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字型の溝を形成されている。
プリズム付き拡散板６に入射した光は、プリズムにより、その出射光の方向がプリズム付き拡散板６の入射面に直交する方向に近づくよう回折され集光する。
プリズム付き拡散板６を形成する材料は、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１１及びプリズム１２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が望ましい。

光源３からの出射した照明光は、プリズム付き拡散板６に入射するとプリズム付き拡散板６の内部で散乱され、プリズム部１０に至る。
プリズム部１０において照明光は、所定の角度を有するものについては、プリズム付き拡散板６の入射面に対して直交する方向に近づくように回折されプリズム部１０から集光して出射される。それ以外の角度で入射した照明光については、プリズム部１０で複数回反射し基材部に入射し再度散乱され光源３方向に出射する。
そのため、プリズム付き拡散板６から液晶表示パネル２方向に出射された照明光は、光源３からプリズム付き拡散板６に入射する照明光に比較して、輝度ムラが低減されると共に、出射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。

図４に示すように、第１及び第２のマイクロレンズ付き光学シート７，９は、シート状の基材１１上の光が出射する側に、多数のマイクロレンズ１２が２次元配列されている。
マイクロレンズ１２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１１及びマイクロレンズ１２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。
また、シート状の基材１１及びマイクロレンズ１２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。
この第１及び第２のマイクロレンズ付き光学シート７，９は、表面の複数のマイクロレンズ１２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１２は、シート状の基材１１の表面に緻密に配列されている。マイクロレンズ１２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１２をシート状の基材１１上に隙間無く配列することが望まれる。
好適な配列の例としては、図３に示すように各マイクロレンズ１２の頂点を結んだ線がそれぞれ正三角形の格子パターンを形成するような配列がある。

より好適な例としては、図４に示すように、光の出射側から見た場合のマイクロレンズ１２の基材１１
と接する面における直径を各マイクロレンズ１２で変化させるような配列がある。
この場合、各マイクロレンズ１２の頂点を結んだ線がランダムな格子パターンを形成する。このランダムパターンによれば、第１及び第２のマイクロレンズ付き光学シート７，９を他の光学部材と重ね合わせた際のモアレの発生を低減することができる。
また、第１及び第２のマイクロレンズ付き光学シート７，９のマイクロレンズ１２の配列は、必ずしも同一である必要は無い。

更に、より好適な例としては、図６に示すように、細密にマイクロレンズ１２をシート状の基材１１上に充填し、光の出射面に平坦部のないマイクロレンズ１２の配列で、光の出射面から見た場合にマイクロレンズ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１１が光の出射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。

マイクロレンズ付き光学シート７，９の集光特性は、液晶ディスプレイの輝度特性、輝度ムラ特性に大きく影響する。
マイクロレンズ付き光学シート７，９の集光特性（配光特性）の測定方法を図７（ａ）に示す。
配光特性の測定は、マイクロレンズ付き光学シート７，９のシート状基材１１側の面に直交する方向からマイクロレンズ付き光学シート７，９に向けて平行光を入射させて、マイクロレンズ１２から出射した光を変角光度計１３により行う。
各角度における光度Ｉ（θ）の測定は、マイクロレンズ１２面に直交する位置を０度として、その位置から変角光度計１３を傾斜させたそれぞれの位置で行う。
変角光度計１３は、測定対象物に入射する光の入射角を任意の角度に設定し、受光角を自動的に変角し、物質の反射や透過光の強度分布状態を解析する機器であり、本実施例での光度Ｉ（θ）の測定は、日本電色工業製 変角光度計（ＧＣ５０００Ｌ）を使用した。

マイクロレンズ付き光学シート７，９の集光特性（配光特性）の測定結果を図７（ｂ）に示す。
図７（ｂ）のＸ軸は変角光度計１３の配光角であり、Ｙ軸は光度Ｉ（θ）である。
各角度における光度Ｉ（θ）を結んだθ-Ｉ（θ）曲線は、略正規分布となり、光度Ｉ（θ）の最大となる配光角の角度は略０度である。この曲線の光度Ｉ（θ）の最大値Ｉ（０）の半値となる角度を配光半値角αとする。

次に、図８に示すように、プリズム付き集光シート８は、シート状の基材１４の光の出射面上に平行かつ等間隔である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８を長手方向に垂直な方向に切断した断面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字型の溝を形成されている。
プリズム付き集光シート８に入射した光は、プリズム１５により、その出射光の方向がプリズム付き集光シート８に直交する方向に近づくよう回折され集光する。

プリズム付き集光シート８を形成する材料は、マイクロレンズ付き光学シート７，９と同様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できる材料が望ましい。

次に、光源３から出射された照明光が、第１の形態の光学ユニット５ａを透過する際の光路について説明する。
図１に示すようなバックライト装置１に使用する光源３は、複数本の線状光源３が一般的であり、線状光源３の位置による違い及び直接光と反射板４で反射した反射光との違いなどにより、第１の形態の光学ユニット５ａの入射面では輝度ムラ及び入射角度分布が発生している。

上記のように構成されたプリズム付き拡散板６と、第１のマイクロレンズ付き光学シート７と、プリズム付き集光シート８と、第２のマイクロレンズ付き光学シート９とを有する第１の形態の光学ユニット５ａは、光源３からプリズム付き拡散板６に入射した輝度ムラ及び入射角度分布を有する照明光の内、所定の角度の光を液晶表示パネル２方向に透過させると共に集光し、それ以外の光はプリズム付き拡散板６内で複数回反射し、光源３方向に反射される。

プリズム付き拡散板６から液晶表示パネル２方向に出射した光は、第１のマイクロレンズ付き光学シート７に入射し、液晶表示パネル２方向に透過させると共に集光した照明光として出射される。次に、プリズム付き集光シート８に入射し、プリズム付き集光シート８の入射面に直交する方向に近づくよう回折され、集光して出射する。プリズム付き集光シート８から出射された光は、第２のマイクロレンズ付き光学シート９に入射し、液晶表示パネル２方向に透過させると共に集光した照明光として出射される。
これにより、第２のマイクロレンズ付き光学シート９から出射した照明光は、輝度ムラが低減される。

したがって、第１の形態光学ユニット５ａの構成において、プリズム付き拡散板６とプリズム付き集光シート８との２つのプリズム１２，１４の集光作用により、広い入射角度の照明光を均一に液晶表示パネル２方向に出射することができるようになる。
そのため、従来は、輝度ムラの点から光学ユニット５ａを線状光源３に近づけることができなかったが、第１の形態の光学ユニット５ａにすることにより、光学ユニット５ａを線状光源３に近づけることができるようになり、バックライト装置１及び液晶ディスプレイを薄型化することがでる。

（第２の形態の光学ユニット）
次に、図９を用いて、第２の形態の光学ユニット５ｂについて説明する。
図９に示すように、第２の形態の光学ユニット５ｂは、第１の形態の光学ユニット５ａの第２のマイクロレンズ付き光学シート９の液晶表示パネル２側に、偏光分離シート１６を配設した構造である。

第１の形態の光学ユニット５ａは、拡散板１３と、複数のプリズム７，１３とを有するため、従来の構成に比べ正面輝度及び輝度の角度依存性が低下する場合があった。
そこで、液晶表示パネル２表示部に到達する照明光の輝度を向上することを目的として、第１の形態の光学ユニット５ａに偏光分離シート１６を追加する。

ここで、偏光分離シート１６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。

第２のマイクロレンズ付き光学シート９から出射した照明光を偏光分離シート１６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１６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１６を出射した照明光は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、本発明の実施例について第２の光学ユニット５ｂの構造を用いたバックライト装置１で説明する。
図１０は、第２の光学ユニット５ｂを用いたバックライト装置１の部分断面図である。

図１０に示すバックライト装置１は、平面形状が長方形であり、複数本の線状の光源３と、光源を出射した照明光の輝度ムラなどの特性を向上する光学ユニット５ｂと、光源を出射した照明光のうち光学ユニット５ｂと反対方向に出射した光を光学ユニット５ｂ方向に反射する反射板４と、光源３，反射板４及び光学ユニット５ｂを固定し保持する板金１７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中心から光学ユニット５ｂの最も光源に近い面までの距離である光学ユニット距離Ｈを５ｍｍとした。
更に、反射板４は、表面が白色であり、光源３対向する面は平面であり板金１７と固定されている。反射板４の側面は、光源３から側面方向に出射した光を光学ユニット５ｂ方向へ導くため、光学ユニット５ｂ側が広がるように傾斜して設置されている。

更に、光学ユニット５ｂは、光源３に近い側からプリズム付き拡散板６と、第１のマイクロレンズ付き光学シート７、プリズム付き集光シート８と、第２のマイクロレンズ付き光学シート９と、偏光分離シート１６とがこの順で順次積重なるように配設されている。

プリズム付き拡散板６としては、厚さが２ｍｍで、プリズムの頂角が１００度、プリズムのピッチが７０μｍのものを用いた。
第１及び第２のマイクロレンズ付き光学シート７，９としては、図４に示すようなレンズ径を複数有する構造とし、厚さは２００μｍのものを用いた。
ここで、第１及び第２のマイクロレンズ付き光学シート７，９のレンズ径を４０〜８０μｍの間で、レンズ高さを２０〜４０μｍの間で変化させることにより、第１及び第２のマイクロレンズ付き光学シート７，９の配光半値角αを１度から３０度の間のものを準備した。
また、プリズム付き拡散板６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。

プリズム付き集光シート８としては、厚さが２８０μｍで、プリズムの頂角が９０度、プリズムのピッチが５０μｍのものを用いた。
偏光分離シート１６としては、厚さが４００μｍで、入射光のうちＰ偏光成分を透過し、Ｓ偏光成分を反射するものを用いた。
また、プリズム付き集光シート８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した。

第１のマイクロレンズ付き光学シート７として配光半値角αを１度から２０度の間で調整したものを選定し、第２のマイクロレンズ付き光学シート９として配光半値角αを２度から３０度の間で調整したものを選定して、上記プリズム付き拡散板６と、上記プリズム付き集光シート８と、上記偏光分離シート１６と共に第２の光学ユニット５ｂを構成し、バックライト装置１に取付ける。

このようにして形成されたバックライト装置１の輝度ムラの角度依存性の評価方法及び評価結果を図１１乃至図１３に示す。
バックライト装置１に依存する輝度ムラの角度依存性は、バックライト装置１の長辺方向の切断面（線光源と並行する方向）には影響が無いため、短辺方向の切断面（線光源と直交する方向）のみ測定を行った。
また、輝度ムラの角度依存性及び、輝度の角度依存性の評価は、目視及び図１１に示す測定法により行った。

図１１は、輝度ムラの角度依存性の測定方法であり、バックライト装置１の光学ユニット５ｂの光源３と反対面に距離を隔てて対向する位置に、２次元色彩輝度計１８を設置する。
２次元色彩輝度計１８がバックライト装置１の光出射面と直交する位置を０度として、輝度のバックライト装置１の光出射面内でのムラの測定は、０度の位置と、その位置からバックライト装置１の短辺方向に２次元色彩輝度計１８を４５度傾斜させた位置とで行った。
２次元色彩輝度計１８は、各種ＦＰＤやバックライトなどの輝度ムラ測定や色度ムラ測定を、測定対象となる面に対して２次元的に一括して行う機器であり、本実施例でのバックライト装置１の輝度ムラの測定は、Ｒａｄｉａｎｔ Ｉｍａｇｉｎｇ社製 ＰｒｏＭｅｔｒｉｃ１４００を使用した。

図１２に、０度の位置でのバックライト装置１の輝度ムラの目視評価結果を示す。
図１２では、第１のマイクロレンズ付き光学シート７の配光半値角が２０度であり、第２のマイクロレンズ付き光学シート９の配光半値角が８度の際の目視による輝度ムラの程度を「ａ」として、「ｂ」，「ｃ」，「ｄ」，「ｅ」となるに従い、輝度ムラが小さくなる組合せの状態を示したものである。
図１２に示すように、第１のマイクロレンズ付き光学シート７の配光半値角αと第２のマイクロレンズ付き光学シート９の配光半値角αとの組合せ方により、輝度ムラが変化することがわかる。
特に、輝度ムラの程度が「ｄ」の状態は、輝度ムラが少なく良好な表示状態であった。更に、輝度ムラの程度が「ｅ」の状態になると、輝度ムラが認識できない状況であった。
また、４５度に傾斜した位置でも評価を行ったが、評価結果は同様であった。

更に、０度の位置での２次元色彩輝度計１８を用いて図１１に示す方法により測定した輝度ムラ値Ｉｍを図１３に示す。これは、光学ユニット５ｂを構成するシートの中で、第１のマイクロレンズ付き光学シート７の配光半値角αと第２のマイクロレンズ付き光学シート９の配光半値角αとの組合せの違いによるバックライト装置１の輝度ムラ値Ｉｍである。

輝度ムラの測定結果から輝度ムラ値Ｉｍを算出する方法は、次の通りである。
図１１に示すように、線状光源３の各線方向に垂直な面内において、各線状光源３の間隔をＬとした場合、線状光源３の５本分に相当する領域（５Ｌ）をｎ等分して、それぞれの輝度I（ｋ）を測定し、平均輝度Ｉａｖｅ．を（１）式から求める。ここで、ｎは、線状光源３の５Ｌの領域に対応する２次元色彩輝度計１８のセンサー部における画素の１ライン中の個数に相当する。つまり、線状光源３の５Ｌの領域の分割数と対応する画素の数とが一致し、ｋは1〜ｎの範囲となる。
５本分の線状光源３に相当する領域（ｋ＝1〜ｎ）の輝度分布I（ｋ）を測定し、各位置の平均輝度Ｉａｖｅ．を（１）式から求める。次に、各位置の輝度と平均輝度Ｉａｖｅ．の差の絶対値の平均である分散輝度Ｉｖを（２）式より求め、輝度ムラ値Ｉｍを（３）式より求める。
実際の測定では、５本分の線状光源３に相当する領域５Ｌを３３０画素で測定をするため、５Ｌを３３０等分して測定を行っている。

図１２及び図１３より、輝度ムラ値Ｉｍは０．６以下の領域のとき、輝度ムラの目視観察の結果は「ｄ」であり、輝度ムラが少なく良好な結果であることが分かった。
また、そのときの第１のマイクロレンズ付き光学シート７の配光半値角αと第２のマイクロレンズ付き光学シート９の配光半値角αとの組合せは、第１のマイクロレンズ付き光学シート７の配光半値角αが２度から１５度の範囲であり、且つ、第２のマイクロレンズ付き光学シート９の配光半値角αが８度から２５度の範囲であった。

更に、輝度ムラ値Ｉｍは０．５以下の領域のとき、輝度ムラの目視観察の結果は「ｅ」となり、輝度ムラが認識できず最適な状態であることが分かった。
また、そのときの第１のマイクロレンズ付き光学シート７の配光半値角αと第２のマイクロレンズ付き光学シート９の配光半値角αとの組合せは、第１のマイクロレンズ付き光学シート７の配光半値角αが２度から１５度の範囲であり、且つ、第２のマイクロレンズ付き光学シート９の配光半値角αが１０度から２０度の範囲であった。

再度、輝度ムラ低減について、図１４を用いて説明する。
図１４（ａ）は、０度における輝度ムラの悪い（輝度ムラ値Ｉｍ＞０．６）バックライト装置１での代表的な輝度ムラの状態を示す概略図である。また、図１４（ｂ）は、０度における輝度ムラの良い（輝度ムラ値Ｉｍ＜０．６）バックライト装置１での代表的な輝度ムラの状態を示す概略図である。

輝度ムラの悪いバックライト装置１の結果は、光学ユニット５ｂの第一のマイクロレンズ付き光学シート７と第二のマイクロレンズ付き光学シート９の配光半値角αの組合せが最適でないため、バックライト装置１から出射される照射光の輝度の最大量（Ｋｍａｘ）と輝度の最小量（Ｋｍｉｎ）との差である輝度ムラ（Ｋｍａｘ−Ｋｍｉｎ）が大きくなっている。
また、照射光の輝度の最大量（Ｋｍａｘ）は、線状光源３の直上位置であり、輝度の最小量（Ｋｍｉｎ）は線状光源３と線状光源３との中間位置である１２ｍｍ（Ｌ／２）の位置になる。
一方、輝度ムラの良いバックライト装置１では、輝度ムラ（Ｋｍａｘ−Ｋｍｉｎ）が輝度ムラの悪いバックライト装置１と比較して低減しているのが分かる。

図１４（ａ），（ｂ）の模式図に示すように、本発明の第一のマイクロレンズ付き光学シート７と第二のマイクロレンズ付き光学シート９の配光半値角αの組合せにおいては、線状光源３直上の輝度分布は反射，散乱等の影響により輝度ムラの悪い組合せに比較して低減している。
これは、線状光源３直上における、線状光源３からの照明光が光学ユニット５ｂで屈折せずに透過して出射した光の量は減少する。一方、線状光源３からの照明光のうち光学ユニット５ｂで屈折する光の利用率（出射光／入射光）は、各線状光源３の中間位置に近づくに従い増加する。
したがって、バックライト装置１から出射した照明光の輝度ムラが面内バラツキが低減する。

次に、図１５を用いて輝度ムラの角度依存性について説明する。
図１５（ａ）は、本発明の輝度ムラの良い（輝度ムラ値Ｉｍ＜０．６）バックライト装置１（光学ユニット距離Ｈ＝５ｍｍ）を用いて、２次元色彩輝度計１８の角度を０度と４５度とにした場合の輝度分布を示す図である。
図１５（ａ）のＸ軸は、バックライト装置１の短辺方向の切断面（線光源と直交する方向）の位置を示し、Ｓ１は２次元色彩輝度計１８がバックライト装置１と正対する位置にある図１１の光源３ａの位置に対応する。また、Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４及びＳ５は、それぞれ図１１の３ｂ，３ｃ，３ｄ及び３ｅにそれぞれ対応する。
図１５ａ）のＹ軸は、２次元色彩輝度計１８で測定した輝度を示す。

また、比較として図１５（ｂ）に、輝度ムラの悪い（輝度ムラ値Ｉｍ＞０．６）バックライト装置１（光学ユニット距離Ｈを５ｍｍ）の輝度ムラの角度依存性の測定結果を示す。
図１５（ｂ）によれば、輝度ムラの悪いバックライト装置１においては、バックライト装置１から出射する照明光の輝度ムラは、０度での測定結果の場合と同様４５度での測定結果においても、光学ユニット距離Ｈが近いため悪い状態であることがわかる。
一方、図１５（ａ）によれば、０度での測定結果の場合と同様４５度での測定結果においても輝度ムラが低減していることが分かる。

更に、本発明のバックライト装置１を用いた液晶モジュール１９及び、液晶ディスプレイ２０について説明する。
図１６は、本発明の光学ユニット５ｂを用いた液晶モジュール１９を示す斜視展開図である。
図１６に示すように、液晶モジュール１９は、光源３，反射板４及び板金１７を有するバックライトアセンブリ２１と、バックライトアッセンブリ２１上に形成された光学ユニット５ｂと、光学ユニット５ｂを固定するパネルシャーシ２２と、液晶パネル２３と、液晶パネル２３を固定するベゼル２４を有し、これらを順次組立てることにより形成される。

更に、光学ユニット５ｂは、図１６に示すように、バックライトアッセンブリ２１側からプリズム付き拡散板６と、第１のマイクロレンズ付き光学シート７、プリズム付き集光シート８と、第２のマイクロレンズ付き光学シート９と、偏光分離シート１６とが順次重ねられて形成される。
この光学ユニット５ｂの構成は、一例であり、光学ユニット５として、第１の形態の光学ユニット５ａの構成でも使用することができる。

図１７は、本発明のバックライト装置１を用いた液晶ディスプレイ２０の斜視図である。
液晶ディスプレイ２０は、液晶モジュール１９に液晶パネル２３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。

以上、説明したように、本発明によれば、液晶ディスプレイ２０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た。
また、線状光源３と光学ユニット５との距離を５ｍｍと狭くし、液晶ディスプレイ２０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、バックライト装置１に直交する方向ばかりでなく、斜め方向に出射される照明光についても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た。

本発明に係るバックライト装置の実施例を示す断面図である。 本発明に係る第１の形態の光学ユニットの実施例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。 本発明に係るマイクロレンズ付き光学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。 本発明に係るマイクロレンズ付き光学シートの別の形態の実施例を示す部分平面図及び部分断面図である。 本発明に係るマイクロレンズ付き光学シートの更に別の形態の実施例を示す部分平面図及び部分断面図である。 本発明に係るマイクロレンズ付き光学シートの配光半値角の測定方法を示す概略図と、その測定結果を示す図である。 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。 本発明に係る第２の形態の光学ユニットの実施例を示す断面図である。 本発明に係るバックライト装置の実施例を示す部分断面図である。 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。 本発明に係るバックライト装置の目視による輝度ムラの評価結果である。 本発明に係るバックライト装置の２次元色彩輝度計による輝度ムラの測定結果である。 本発明に係るバックライト装置の輝度ムラの発生を説明する概略図である。 本発明に係るバックライト装置の輝度ムラの角度依存性を示すグラフである。 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。 従来のバックライト装置を示す断面図である。

符号の説明

１…バックライト装置、２…液晶表示パネル、３…光源、４…反射板、５…光学ユニット、５ａ…第１の形態の光学ユニット、５ｂ…第２の形態の光学ユニット、６…プリズム付き拡散板、７…第１のマイクロレンズ付き光学シート、８…プリズム付き集光シート、９…第２のマイクロレンズ付き光学シート、１０…プリズム部、１１…シート状の基材、１２…マイクロレンズ、１３…変角光度計、１４…シート状の基材、１５…プリズム、１６…偏光分離シート、１７…板金、１８…２次元色彩輝度計、１９…液晶モジュール、２０…液晶ディスプレイ、２１…バックライトアセンブリ、２２…パネルシャーシ、２３…液晶パネル、２４…ベゼル

Claims (5)

1. 液晶ディスプレイのバックライト装置に用いられ、複数の光学部材からなり、前記バックライト装置が有する光源からの光を透過する光学ユニットにおいて、
   前記光源から出射した光の光路上に、
   入射した光を散乱する機能を有すると共に、一面に断面が鋸歯状の突条プリズムを有する散乱集光手段と、
   一面に略半球体又は略半楕円体の複数のマイクロレンズを有する第1の集光拡散手段と、
   一面に断面が鋸歯状の突条プリズムを有する集光手段と、
   一面に略半球体又は略半楕円体の複数のマイクロレンズを有する第２の集光拡散手段と、
   をこの順で順次配設し、
   各前記一面は、当該光学ユニットの光の出射側とされており、前記第1の集光拡散手段の配光半値角が２度〜１５度であり、且つ、前記第２の集光拡散手段の配光半値角αが８度〜２５度であることを特徴とする光学ユニット。
2. 請求項１記載の光学ユニットにおいて、
   前記光源から出射した光が前記第２の集光拡散手段を透過した後の光路上に、入射した光を２種類の直線偏光状態の光に分離し、分離した一方の直線偏光状態の光を透過し、他方の直線偏光状態の光を反射する偏光分離手段が配設されていることを特徴とする光学ユニット。
3. 請求項１又は請求項２に記載の光学ユニットと、
   前記光源と、
   前記光学ユニットに対して前記光源を挟んで対向する位置に配設された反射板と、
   を有することを特徴とするバックライト装置。
4. 請求項３記載のバックライト装置と、
   前記バックライト装置における前記光源に対して前記光学ユニットを挟んで対向する位置に配設された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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