JP5049701B2 - 液晶表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、光源からの入射光を指向性のある出射光として透過させる光学フィルムを備えた液晶表示装置に関する。

液晶表示装置に使用されるバックライトユニットは、冷陰極蛍光管を光源とした装置が広く用いられており、エッジライト型と呼ばれる方式と直下型と呼ばれる方式とに大別される。エッジライト型は、図１３に示すように、冷陰極蛍光管（ＣＣＦＬ）１を導光板３の端面に対向配置した構成からなり、端面から入射した光を導光板３内で複数回反射させて導光板表面から出射させ、光学フィルム５を透過させた後、不図示の液晶表示パネルへ入射させる。一方、直下型は、図１４に示すように、複数本の並列配置した冷陰極蛍光管１と、冷陰極蛍光管１の背面に設けられた反射板７と、発光面をなす光拡散板９と、光学フィルム（レンズシート）１１を組み合わせた構成からなり、光拡散板表面から出射させた光を、光学フィルム１１に透過させた後、液晶表示パネル１３へ入射させる。この直下型は、エッジライト型とは対照的に、冷陰極蛍光管１の使用本数を増やすことができるために、発光面を容易に高輝度化することができる。また、エッジライト型及び直下型のいずれにおいても、光学フィルム５、１１、光拡散板９が用いられることで、視野角拡大、色視野角の改善が図られている（例えば、特許文献１参照）。

ところで、液晶表示パネルには高速応答性に優れた液晶駆動方式としてＯＣＢ液晶モードがある。ＯＣＢ液晶パネル１５は、図１５に示すベンド配向セル１７におけるガラス基板１９ａ，１９ｂ間の液晶分子２１が弓なり状態に配向（ベンド配向）する点に特徴を有する。このベンド配向した液晶分子２１に電圧を印加すると、弓のしなり度合いが変化し、液晶層を挟んで２枚の偏光板２３ａ，２３ｂ間を通過する光量が調整されて画像の白黒を作る。このベンド配向ではＴＮ液晶に比べて格段に速い応答が可能となる。また、他の液晶パネルと同様に、表面の拡散フィルム２５を用いて視野角拡大、色視野角の改善が図られていた。なお、図中２７は、配向膜を示す。

特開２００５−２３４２５８号公報

しかしながら、ＯＣＢ液晶は、液晶配向方向に固有の透過率特性を有し、液晶配向方位で輝度の低下する特徴があり、観察する方向によって輝度が異なるという問題があった。図１６に光学フィルム１１の発光面法線Ｎからの傾斜角度を表す極角θと、発光面内の特定方向Ｐからの回転角度を表す方位角ψを示した。この極角θと方位角ψを用いて任意方向の発光輝度を表した一例を図１７に示した。図１７は、ＯＣＢ液晶を用いた実際の液晶テレビ装置（23型）の白色発光時の発光輝度分布測定結果である。また、図１８は図１７に示す極点図を簡略に書き表した図で、図１８に示す極点図では等高線を簡単化して１本のみ表している。この極点図によれば、その特定の発光パターンＰＡ１は、中心位置（法線方向）で発光輝度が高く、周辺（極角が増加する方向）ほど輝度が低くなる輝度分布を有している。そして、同一極角で発光輝度が短軸２９の方向で最小となるとともに、これに直交する長軸３１の方向で最大となり、同一極角の全方位に対する輝度最大値と輝度最小値の差が最大輝度値に対して１０％以上となる異方性を有した。通常、このような輝度分布の不均一はプリズムシートによる光拡散によって補正しているが、従前のバックライトに用いられるプリズムシートは、出射光を均等に分布させるように拡散性を持たせた構成とされているため、ＯＣＢ液晶のような異方性を有する発光パターンに対しては、補正が不十分であった。この結果、ＯＣＢ液晶を使用した液晶表示装置では、見る方位により明るさが変化する問題があった。

本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、ＯＣＢ液晶パネル等の特定の光透過特性に応じた独特の発光分布を有する直下型バックライトユニット及び液晶表示装置を提供し、もって、液晶表示装置の視野角依存性を軽減し、全方向で見て明るさが均一な高品位な画像表示を図ることを目的とする。

本発明に係る上記目的は、下記構成により達成される。
（１） 光源、及び該光源に対面する光学フィルムを備え、前記光学フィルムの発光面法線からの傾斜角度を表す極角と、発光面内の特定方向からの回転角度を表す方位角と、により任意方向の発光輝度を等高線で表した極点図により示される特定の異方性発光パターンの光を出射する直下型バックライトユニットと、
前記直下型バックライトユニットに対面して配置され、変調動作される液晶層を有する液晶表示パネルと、を備えた液晶表示装置であって、
前記異方性発光パターンは、同一極角の全方位に対する輝度最大値と輝度最小値の差が前記最大輝度値に対して１０％以上となる異方性を有するとともに、同一極角で発光輝度が最小となる短軸方向とこれに直交する長軸方向とのそれぞれに対して略線対称形状となる輝度分布を有し、
前記異方性発光パターンの前記短軸方向に直交する長軸方向が、前記液晶層の配向（ラビング）方向に一致している液晶表示装置。

この液晶表示装置によれば、例えば液晶配向方向に固有の透過率特性を有する液晶表示パネルの光源に用いることで、その透過率特性に、最大最小の位相を反転させた略線対称形状となる輝度分布の発光パターンを重ねて、輝度最大値と輝度最小値の差をキャンセルすることができる。
また、この液晶表示装置によれば、透過率特性が短軸方向で最小となる液晶表示パネルに対し、この透過率特性と略線対称形状となる輝度分布の発光パターンが直下型バックライトユニットによって重ねられ、輝度最大値と輝度最小値の差がキャンセルされる。

（２） （１）記載の液晶表示装置であって、
前記液晶表示パネルの液晶層が、ＯＣＢ液晶（πセル）モードで駆動される液晶表示装置。

この液晶表示装置によれば、配列方向の透過率特性が短軸方向となって最小となるＯＣＢ液晶に対し、この透過率特性と、最大最小の位相を反転させた略線対称形状となる輝度分布の発光パターンとが重ねられて、輝度最大値と輝度最小値の差がキャンセルされ、ＯＣＢ液晶による高速応答性と同一極角の全方位に対する輝度の均一化とが同時に実現する。

（３） （１）又は（２）記載の液晶表示装置であって、
前記光学フィルムは、前記光源側に凸状のプリズム構造体が複数形成された凹凸面を有し、前記プリズム構造体の前記配列方向に直交する方向の断面が、少なくとも２つの斜辺を含み、該斜辺と前記光学フィルム面との交差する角度（接触角）が２０°以上４０°未満である液晶表示装置。

この液晶表示装置によれば、２つの斜辺を有する三角プリズム構造体において、接触角が２０°以下（頂角が鈍角）となった場合に発生する光偏向作用の低下に伴う異方性発光パターンの形成不足が回避されるとともに、接触角が４０°以上となった場合に発生する発光面法線方向への光の出射不能による正面輝度の低下が同時に回避される。

（４） （１）又は（２）記載の液晶表示装置であって、
前記光学フィルムは、前記光源側に凸状のプリズム構造体が複数形成された凹凸面を有し、前記プリズム構造体の前記配列方向に直交する方向の断面が、前記光源側に、少なくとも２つの斜辺と前記光学フィルム面に平行な辺とを混在させる液晶表示装置。

この液晶表示装置によれば、光学フィルムが、２つの斜辺を有する三角プリズム構造体に加え、光学フィルム面に平行な光出射面を有することで、仮に接触角が４０°以上となり、三角プリズム構造体において発光面法線方向での光出射が不能となった場合であっても、光学フィルム面に平行な光出射面から発光面法線方向への光が出射され、大きな光出射角度を得ながら正面輝度の低下が回避可能となる。

（５） （１）又は（２）記載の液晶表示装置であって、
前記光学フィルムは、前記光源側に凸状のプリズム構造体が複数形成された凹凸面を有し、前記プリズム構造体の前記配列方向に直交する方向の断面が、曲線状の凸部となり、該曲線の接線と前記光学フィルム面との交差する最大の角度（接触角）が２０°以上４０°未満である液晶表示装置。

この液晶表示装置によれば、曲面プリズム構造体において、接触角が２０°以下（頂角が鈍角）となった場合に発生する光偏向作用の低下に伴う異方性発光パターンの形成不足が回避されるとともに、接触角が４０°以上となった場合に発生する発光面法線方向への光の出射不能による正面輝度の低下が同時に回避される。また、プリズム構造体の光入射面が曲面となることで、所望の偏向角度における光量を任意に設定することが可能となる。

（６） （１）〜（５）のいずれか１項記載の液晶表示装置であって、
前記光源の発光体が、複数の直状型光源である液晶表示装置。

この液晶表示装置によれば、複数の直状型光源の使用本数を容易に増やすことが可能となり、発光面を容易に高輝度化することが可能となる。

（７） （１）〜（５）のいずれか１項記載の液晶表示装置であって、
前記光源の発光体が、前記特定方向に沿って複数配置された点発光型光源である液晶表示装置。

この液晶表示装置によれば、複数の点発光型光源の使用数を容易に増やすことが可能となり、発光面を容易に高輝度化することができるとともに、冷陰極蛍光管等の直状型光源に比べ発熱量の少ないＬＥＤ光源が使用可能となる。また、複数の点発光型光源が分散配置されることで、周期的輝度むらが軽減可能となる。

本発明に係る液晶表示装置によれば、発光輝度を等高線で表した極点図において、同一極角の全方位に対する輝度最大値と輝度最小値の差が最大輝度値に対して１０％以上となる異方性を有するとともに、同一極角で発光輝度が最小となる短軸方向と、これに直交する長軸方向のそれぞれに対して略線対称形状となる輝度分布の発光パターンを形成するので、例えば液晶配向方向に固有の透過率特性を有する液晶表示パネルの光源として使用することで、その透過率特性に、最大最小の位相を反転させた略線対称形状となる輝度分布の発光パターンを重ねて、輝度最大値と輝度最小値の差をキャンセルでき、同一極角の全方位に対する輝度を均一化できる。

本発明に係る液晶表示装置によれば、上記の直下型バックライトユニットと、短軸方向が配向方向となって直下型バックライトユニットに対面して配置され、変調動作される液晶層を有する液晶表示パネルとを備えたので、透過率特性が短軸方向で最小となる液晶表示パネルに対し、この透過率特性と略線対称形状となる輝度分布の発光パターンが直下型バックライトユニットによって重ねられて、輝度最大値と輝度最小値の差をキャンセルでき、同一極角の全方位に対する輝度を均一化できる。この結果、全方向で見て明るさが不均一に変化しない高品位な画像を表示できる。

以下、本発明に係る直下型バックライトユニット及び液晶表示装置の好適な実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
図１は本発明に係る液晶表示装置の概略構成を表す断面図、図２は本発明に係る直下型バックライトユニットにおける輝度分布特性を表す極点図である。
図１に示すように、本実施の形態に係る直下型バックライトユニット２００は、光源、及びこの光源に対面する光学フィルム４７を備える。光学フィルム４７は、発光面法線Ｎ（図１６参照）からの傾斜角度を表す極角θと、発光面内の特定方向からの回転角度を表す方位角ψとにより任意方向の発光輝度を等高線で表した図２の極点図で示す特定の発光パターンＰＡ２の光を出射する。この極点図においても、中心位置（法線方向）の輝度が高く、周辺（極角が増加する方向）ほど輝度が低くなる輝度分布である。

発光パターンＰＡ２は、同一極角の全方位に対する輝度最大値と輝度最小値の差が、最大輝度値に対して１０％以上となる異方性を有するとともに、図１７に示したＯＣＢ液晶パネルにおける異方性を有する発光パターンＰＡ１に対し、同一極角で発光輝度が最小となる短軸２９（図１７参照）の方向とこれに直交する長軸３１（図１７参照）の方向とのそれぞれに対し、輝度の最大最小の位相を反転させた略線対称形状となる輝度分布を有する。この発光パターンＰＡ２は、発光輝度が最小となる短軸３３の方向に直交する長軸３５の方向が、ＯＣＢ液晶の配向（ラビング）方向に一致した主軸方向となっている。

図３は図２の発光パターンを組み合わせたＯＣＢ液晶の輝度分布特性を表す極点図である。
光学フィルム４７による発光パターンＰＡ２は、このような異方性を有するので、液晶配向方向に固有の透過率特性を有するＯＣＢ液晶パネルの光源として使用することで、図３に示すように、その透過率特性に依存するＯＣＢ液晶固有の輝度分布となった発光パターンＰＡ２に重ねて、輝度最大値と輝度最小値の差をキャンセルでき、同一極角の全方位に対する輝度を均一化できる。

このような輝度分布を均一化する液晶表示装置１００の構成を以下により詳細に説明する。
上記光学フィルム４７を備えた直下型バックライトユニット２００は、図３に示す液晶表示装置１００に用いられる。液晶表示装置１００は、直下型バックライトユニット２００と、短軸３３の方向が配向方向となって、直下型バックライトユニット２００に対面して配置され、変調動作される液晶層を有するＯＣＢ液晶表示パネル（ＬＣＤ）４９とを備える。すなわち、透過率特性が短軸２９の方向で最小となる液晶表示パネル４９に対し、この透過率特性と略線対称形状となる輝度分布の発光パターンＰＡ２が重ねられ、輝度最大値と輝度最小値の差がキャンセルされる。

液晶表示装置１００は、複数本の並列配置した光源である冷陰極蛍光管（ＣＣＦＬ）４１と、冷陰極蛍光管４１の背面に設けられたアルミ板等の反射板４３と、発光面をなすＰＥＴやアクリル製の光拡散板４５と、光学フィルム（プリズムシート）４７を組み合わせた構成からなり、光拡散板表面から出射させた光を、光学フィルム４７に透過させた後、液晶表示パネル４９へ入射させる。冷陰極蛍光管４１、反射板４３、光拡散板４５、光学フィルム４７は、直下型バックライトユニット２００を構成する。また、液晶表示パネル４９と光学フィルム４７の間、及び光学フィルム４７と光拡散板４５の間に、さらに光拡散シート、ＤＢＥＦ（住友スリーエム製 バックライト向け輝度向上フィルム）を設けても良い。

直下型バックライトユニット２００では、光源の発光体が、複数の直状型光源である冷陰極蛍光管４１となる。これにより、複数の直状型光源の使用本数を増やすことが可能となり、発光面を容易に高輝度化することが可能となっている。

液晶表示パネル４９に用いられるＯＣＢ液晶の液晶セルは、厚み方向に並べて配置された偏光板と、液晶セル基板と、液晶層と、液晶セル基板と、偏光板とを備え、裏面側から入射する光（照明光）のうち一部分がこれを透過して表示面側に出射され１つの画素として観察される。裏面側に配置されている偏光板の偏光軸の方向と表示面側に配置されている偏光板の偏光軸の方向とは互いに直交するクロスニコル状態となる。

液晶層には多数の液晶分子が含まれ、これらの液晶分子は弓なり状態に配向（ベンド配向）される。このベンド配向された液晶分子に対して電圧を印加すると、弓のしなり度合いが変化するため、この液晶層を通過する光の透過率が変化し、液晶表示パネル４９の表示面側に現れる光量、すなわち画素の明るさが変化する。現実には、ＯＣＢモードの液晶セルの表示動作はノーマリーホワイトであり、液晶層に高い電圧（数十Ｖ）を印加し、初期のスプレイ配向からベンド配向に転位させた後、白電圧（通常はベンド配向を維持できる電圧）を印加した状態では光透過率が高く、電圧を更に上げていくと光透過率が下がり黒色になる。勿論、印加する電圧の調整で明るさの階調が表現でき、黒色の表示特性を制御することができる。

このような構造のＯＣＢモードの液晶表示パネル４９では、弓のしなりに似た液晶分子の動きが配向変化の加速効果を生み出し、その結果、他のモードの液晶パネルと比べて格段に速い応答速度が得られる。また、ベンド配向は上下対称な構造になっているため、視聴者が画面を見る角度の違いに応じた液晶層の屈折量変化を自己補償することになり、表示特性の観察者が画面を見る方向に対する依存性を低減できる。但し、ＯＣＢモードの液晶セルが持っている本来の表示特性を十分に引き出すためには、液晶セルに適した光学フィルム４７を用いて光学特性を補償する必要がある。

図４は図１に示した光学フィルムの要部拡大図である。
光学フィルム４７は、光源側に凸状のプリズム構造体５１が複数形成された凹凸面を有する。プリズム構造体５１の配列方向に直交する方向（図４の上下方向）の断面は、少なくとも２つの斜辺５３ａ，５３ｂを含む。光学フィルム４７は、この斜辺５３ａ，５３ｂと光学フィルム面４７ａとの交差する角度（接触角）φが２０°以上４０°未満に設定された構成を有する。光源側から入射する光の入射角度と、光学フィルム面４７ａから出射される光の出射角度αとは、次式の関係となる。

ただし、ｎ₀は空気の屈折率（ｎ₀＝１）、ｎ₁は光学フィルムの材料の屈折率、θは光学フィルム面４７ａの法線方向に対する光入射角、ηは傾斜面５３ｂの法線方向と光学フィルム面４７ａの法線方向とのなす角、βは光学フィルム面４７ａへの入射角で光学フィルム面４７ａの法線方向とのなす角、γは傾斜面５３ｂによる屈折角である。

次に、プリズム構造体５１の各斜辺５３ａ，５３ｂに対する接触角について説明する。
図５は接触角ごとの入射角度と出射角度との相関を表したグラフである。
ここで、接触角φ＝０°（◆印の折れ線）とは、プリズム構造体５１の頂角５５が０°である平板状の光学フィルム４７を意味する。この場合、同グラフで表すように冷陰極蛍光管４１からの光は、法線Ｎに対する入射角度と略等しい出射角度で出射される。したがって、プリズム構造体５１の光偏向に伴う異方性発光パターンの形成ができない。これに対し、例えば接触角φ＝２０°以上のプリズム構造体５１を有する光学フィルム４７では、法線Ｎに対する入射角度に対し大きな出射角度が得られる。例えば接触角φ＝２０°の場合、−３０°の入射角度で約４０°の出射角度となる。つまり、入射光が大きな拡散角で偏向される。一方、接触角φが２０°以下のプリズム構造体５１で形成された光学フィルム４７では、実効ある拡散角の得られないことが分かる。

また、例えば接触角φ＝４０°を超えるプリズム構造体５１を有した光学フィルム４７では、０°の出射角度軸を跨がない。これは、如何なる入射角度の光であっても光学フィルム面４７ａの法線Ｎ方向の光となっては出射されないことを意味する。このことは、光学フィルム面４７ａの正面視輝度を低下させる結果となって好ましくない。

これらのことから、光学フィルム４７は、２つの斜辺５３ａ，５３ｂを有する三角プリズム構造体５１において、接触角φが２０°以上４０°未満に設定された構成となっている。これにより、接触角が２０°以下（頂角５５が鈍角）となった場合に発生する光偏向作用の低下に伴う異方性発光パターンの形成不足が回避されるとともに、接触角が４０°以上となった場合に発生する発光面法線方向への光の出射不能による正面輝度の低下が同時に回避される。

図６は接触角が異なるプリズム構造体のバリエーションを（ａ）〜（ｃ）で表した光学フィルムの基本構成図である。
上記した最適な接触角φの範囲（２０°以上４０°未満）のプリズム構造体５１を有した光学フィルム４７を、より具体的に示せば、図６の（ａ）〜（ｃ）で表すようになる。同図において接触角φは、
φ₁＝２２．５°
φ₂＝３２．５°
φ₃＝３９．０°
と設定され、２０°＜φ₁＜φ₂＜φ₃＜４０°の関係を有する。各接触角の光学フィルムの効果については、後述の実施例で説明する。

一例として、接触角φ₁を有する光学フィルムを介して液晶表示パネルに光を照射する場合の例を示す。
図７は極角に対する液晶表示パネルの透過率と光学フィルムからの出射プロファイルとの関係を表したグラフである。
同グラフに示すように、液晶表示パネル４９ではラビング方向の透過率（◆印の折れ線）が、ラビング直交方向の透過率（■印の折れ線）より低いことが分かる。一方、液晶表示パネル４９のラビング方向に、拡散効果が大となる方位にして光学フィルム４７を配設した構成では、その透過率（△印の折れ線）がラビング直交方向の透過率と同等となることが分かる。このときの光学フィルム４７からの出射プロファイルは極角が０°を最低輝度として極角の増加とともに輝度が増加する２次関数で表される（▲印の折れ線）。

以上の通り、上記の液晶表示装置１００によれば、直下型バックライトユニット２００と、短軸２９の方向が配向方向となって直下型バックライトユニット２００に対面して配置され、変調動作される液晶層を有するＯＣＢ液晶表示パネル４９とを備えたので、透過率特性が短軸２９の方向で最小となる液晶表示パネル４９に対し、この透過率特性に対して最大最小の位相を反転させて略線対称形状となる輝度分布の発光パターンＰＡ２が直下型バックライトユニット２００によって重ねられて、輝度最大値と輝度最小値の差をキャンセルでき、図３に示したように、同一極角の全方位に対する輝度を均一化できる。この結果、全方向で見て明るさが不均一に変化しない高品位な画像を表示できる。そして、液晶表示パネル４９の液晶層が、ＯＣＢ液晶（πセル）モードで動作されるので、ＯＣＢ液晶による高速応答性と、同一極角の全方位に対する輝度の均一化とが同時に実現することとなる。

次に、上記した光学フィルム４７の変形例を説明する。
図８は平行な辺を有する変形例１に係る光学フィルムのバリエーションを（ａ）（ｂ）（ｃ）で表す断面図である。
図８（ａ）に示すように、光学フィルム４７Ａは、光源側に凸状のプリズム構造体５１が複数形成された凹凸面を有し、プリズム構造体５１の配列方向に直交する方向（図８の上下方向）の断面が、光源側に少なくとも２つの斜辺５３ａ，５３ｂと、同じく光源側に光学フィルム面４７ａに対して平行な辺６１とを混在させる構成であってもよい。
また、平行な辺６１は、図８（ｂ）に示すように、プリズム構造体５１の頂角５５を平坦化して形成したものであってもよく、図８（ｃ）に示すように、プリズム構造体５１の頂角５５と、プリズム構造体５１同士間の凹部底面との双方に形成してもよい。

このように、光学フィルム４７Ａは、２つの斜辺５３ａ，５３ｂを有する三角プリズム構造体５１に加え、光学フィルム面４７ａに平行な光出射面（平行な辺６１）を有することで、仮に接触角が４０°以上となり、三角プリズム構造体５１において発光面法線方向での光出射が不能となった場合であっても、光学フィルム面４７ａに平行な辺６１から発光面法線方向への光が出射され、大きな光出射角度（光偏向角）を得ながら正面輝度の低下が回避可能となる。
また、平行な辺６１の斜辺５３ａ，５３ｂに対する存在比率は、所望の発光パターンＰＡ２を得るために適宜設定される。

次に、プリズム構造体５１の斜辺が曲面で構成される変形例を説明する。
図９は凹凸面が波形状の変形例２に係る光学フィルムを表す断面図、図１０は凹凸面が蒲鉾形状の変形例３に係る光学フィルムを表す断面図である。
光学フィルム４７Ｂは、光源側に凸状のプリズム構造体５１Ａが複数形成された凹凸面を有し、プリズム構造体５１の配列方向に直交する方向（図９の上下方向）の断面が、曲線状の凸部となり、この曲線の接線６３と光学フィルム面４７ａとの交差する最大の角度（接触角）が２０°以上４０°未満とする。
光学フィルム４７は、図９に示す波形形状の凸部で凸状のプリズム構造体５１Ａを形状した光学フィルム４７Ｂとしてもよく、図１０に示す蒲鉾形状の凸部で凸状のプリズム構造体５１Ｂを形状した光学フィルム４７Ｃとしてもよい。

これらの光学フィルム４７Ｂ，４７Ｃによれば、曲面プリズム構造体において、接触角が２０°以下（頂角が鈍角）となった場合に発生する光拡散作用の低下に伴う異方性発光パターンの形成不足が回避されるとともに、接触角が４０°以上となった場合に発生する発光面法線方向への光の出射不能による正面輝度の低下が同時に回避される。また、プリズム構造体の光入射面が曲面となることで、所望の偏向角度における光量を任意に設定することが可能となる。

次に、プリズム構造体５１の斜辺を不規則に形成した変形例を説明する。
図１１は凹凸形状がランダムな変形例４に係る光学フィルムを表す断面図である。
この変形例に係る光学フィルム４７Ｄは、異なる接触角φのプリズム構造体５１Ｅ₁，５１Ｅ₂，５１Ｅ₃，５１Ｅ₄，５１Ｅ₅，５１Ｅ₆，が、ランダムに配列されてなる。但し、各プリズム構造体５１Ｅ₁〜５１Ｅ₆の接触角φの範囲は、上記と同様の範囲（２０°以上４０°未満）に設定される。
この光学フィルム４７Ｄによれば、特定の偏向光が周期的に観測されることによるモアレ縞を軽減することができ、高品位な表示が可能となる。

次に、本発明に係る液晶表示装置の第２の実施の形態を説明する。
図１２は光源にＬＥＤが用いられた第２の実施の形態に係る液晶表示装置の概略構成を表す断面図である。
この実施の形態による液晶表示装置３００は、光源の発光体が、特定方向に沿って複数配置された点発光型光源（ＬＥＤ）６５と、直下型バックライトユニット４００を備える。図例の構成では、左右に配列された点発光型光源６５のそれぞれにさらに紙面垂直方向に複数の点発光型光源６５が並設されている。つまり、点発光型光源６５は、冷陰極蛍光管４１の管軸に沿ったライン状に配設されている。
この液晶表示装置３００では、複数の点発光型光源６５の使用数を容易に増やすことが可能となり、発光面を容易に高輝度化することができるとともに、冷陰極蛍光管４１等の直状型光源に比べ発熱量の少ないＬＥＤ光源が使用可能となる。また、複数の点発光型光源６５が分散配置されることで、周期的輝度むらも軽減可能となる。

以上説明した各実施形態においては、光学フィルムにより入射光に対する光透過特性に異方性を持たせているが、本発明の主旨を逸脱しない範囲で他の手段により異方性を持たせてもよい。例えば、バックライトユニットの各光源自体に異方性を持たせた出射プロファイルとしたり、プリズム以外の光学機能膜（誘電体多層膜など）により異方性を実現するものとしてもよい。

次に、上記した実施の形態と同様に構成した光学フィルムと、他の構成の光学フィルムを製作し、ＯＣＢ液晶に用いて輝度分布を目視により評価した結果を説明する。
実施例１では、ネマティック液晶の液晶ダイレクタが略同一方位であるπセルモードに視野角拡大フィルム（富士フイルム製 ＷＶフィルム）の光学補償フィルムを形成したＯＣＢ液晶表示装置において、直下型冷陰極蛍光管光源（ＣＣＦＬ）の上に、拡散板を配置し、その上に接触角φ＝２２．５°のプリズムシート（クラレ製 商品名 ミラブライト）を、プリズム凹凸形成面が光源側を向き、さらにプリズム凹凸形成方向がπセルモードの液晶配向方位と略一致するように配置した。その結果、表１に示すように液晶表示面の輝度分布が均一となった。

同様に、実施例２、３にて接触角３２．５°及び３９°のプリズムシートを用いた場合、接触角φの増大により、出射プロファイルの異方性が増加して正面輝度が若干低下するが、均等な輝度分布傾向となった。一方、比較例１として接触角４６．５°のプリズムシートを用いた場合、正面方向の透過率が非常に低くなる結果となった。
また、実施例４では、ネマティック液晶の液晶ダイレクタが略同一方位であるπセルモードに視野角拡大フィルム（富士フイルム製 ＷＶフィルム）の光学補償フィルムを形成したＯＣＢ液晶表示装置において、直下型ＢＬ光源（光源ＬＥＤ）の上に、拡散板を配置し、その上に接触角φ＝２２．５°のプリズムシート（クラレ製 商品名 ミラブライト）をプリズム凹凸形成面が光源側を向き、さらにプリズム凹凸の並び方向とは直交するプリズム延設方向がπセルモードの液晶配向方位と略一致するように配置した。その結果、液晶表示面の輝度分布が均一となった。

以上の結果、及び図５に示したシミュレーション結果からも分かるように、接触角φ＝４０°を超える領域においては正面への出射光成分が殆ど無くなるので、出射プロファイルの異方性と正面透過率の兼ね合いから接触角度は４０°未満が好ましいことになる。

本発明の直下型バックライトユニット及び液晶表示装置は、例えば固有の透過率特性を有する液晶表示パネルを用いた液晶表示装置に用いられ、液晶表示パネルの透過率特性に起因する表示光の輝度最大値と輝度最小値の差をキャンセルすることができる。もって、液晶表示装置の視野角依存性を軽減し、全方向で見て明るさが不均一に変化しない高品位な画像表示が可能となる。

本発明に係る液晶表示装置の概略構成を表す断面図である。 本発明に係る直下型バックライトユニットにおける輝度分布特性を表す極点図である。 図２の発光パターンを組み合わせたＯＣＢ液晶の輝度分布特性を表す極点図である。 図１に示した光学フィルムの要部拡大図である。 接触角ごとの入射角度と出射角度との相関を表したグラフである。 接触角が異なるプリズム構造体のバリエーションを（ａ）〜（ｃ）で表した光学フィルムの基本構成図である。 極角に対する液晶表示パネルの透過率と光学フィルムからの出射プロファイルとの関係を表したグラフである。光学フィルムからの出射プロファイルを極角度と透過率との相関で表したグラフである。 平行な辺を有する変形例１に係る光学フィルムのバリエーションを（ａ）〜（ｃ）で表す断面図である。 凹凸面が波形状の変形例２に係る光学フィルムを表す断面図である。 凹凸面が蒲鉾形状の変形例３に係る光学フィルムを表す断面図である。 凹凸形状がランダムな変形例４に係る光学フィルムを表す断面図である。 光源にＬＥＤが用いられた第２の実施の形態に係る液晶表示装置の概略構成を表す断面図である。 従来のエッジライト型バックライトユニットの概略構成を表す断面図である。 従来の直下型バックライトユニットの概略構成を表す断面図である。 従来のＯＣＢ液晶パネルの概略構成を表す分解斜視図である。 液晶表示装置における発光面法線、極角、方位角を説明する模式図である。 ＯＣＢ液晶における白色発光時の発光輝度分布測定結果一例を表した極点図である。 図１７の輝度分布特性を簡単化して示した極点図である。

符号の説明

２９，３３ 短軸
３１，３５ 長軸
４１ 冷陰極蛍光管（光源）
４７ 光学フィルム
４９ 液晶表示パネル
６５ 点発光型光源（光源）
５１ 凸状のプリズム構造体
５１Ａ，５１Ｂ 曲線状の凸部
５３ａ，５３ｂ 斜辺
６１ 光学フィルム面に平行な辺
６３ 曲線の接線
１００，３００ 液晶表示装置
２００ 直下型バックライトユニット
Ｎ 発光面法線
ＰＡ２ 特定の発光パターン
ψ 発光面内の特定方向からの回転角度を表す方位角
φ 光学フィルム面に交差する角度（接触角）
θ 傾斜角度を表す極角

Claims (7)

1. 光源、及び該光源に対面する光学フィルムを備え、前記光学フィルムの発光面法線からの傾斜角度を表す極角と、発光面内の特定方向からの回転角度を表す方位角と、により任意方向の発光輝度を等高線で表した極点図により示される特定の異方性発光パターンの光を出射する直下型バックライトユニットと、
   前記直下型バックライトユニットに対面して配置され、変調動作される液晶層を有する液晶表示パネルと、を備えた液晶表示装置であって、
   前記異方性発光パターンは、同一極角の全方位に対する輝度最大値と輝度最小値の差が前記最大輝度値に対して１０％以上となる異方性を有するとともに、同一極角で発光輝度が最小となる短軸方向とこれに直交する長軸方向とのそれぞれに対して略線対称形状となる輝度分布を有し、
   前記異方性発光パターンの前記短軸方向に直交する長軸方向が、前記液晶層の配向（ラビング）方向に一致している液晶表示装置。
2. 請求項１記載の液晶表示装置であって、
   前記液晶表示パネルの液晶層が、ＯＣＢ液晶（πセル）モードで駆動される液晶表示装置。
3. 請求項１又は請求項２記載の液晶表示装置であって、
   前記光学フィルムは、前記光源側に凸状のプリズム構造体が複数形成された凹凸面を有し、前記プリズム構造体の前記配列方向に直交する方向の断面が、少なくとも２つの斜辺を含み、該斜辺と前記光学フィルム面との交差する角度（接触角）が２０°以上４０°未満である液晶表示装置。
4. 請求項１又は請求項２記載の液晶表示装置であって、
   前記光学フィルムは、前記光源側に凸状のプリズム構造体が複数形成された凹凸面を有し、前記プリズム構造体の前記配列方向に直交する方向の断面が、前記光源側に、少なくとも２つの斜辺と前記光学フィルム面に平行な辺とを混在させる液晶表示装置。
5. 請求項１又は請求項２記載の液晶表示装置であって、
   前記光学フィルムは、前記光源側に凸状のプリズム構造体が複数形成された凹凸面を有し、前記プリズム構造体の前記配列方向に直交する方向の断面が、曲線状の凸部となり、該曲線の接線と前記光学フィルム面との交差する最大の角度（接触角）が２０°以上４０°未満である液晶表示装置。
6. 請求項１〜請求項５のいずれか１項記載の液晶表示装置であって、
   前記光源の発光体が、複数の直状型光源である液晶表示装置。
7. 請求項１〜請求項５のいずれか１項記載の液晶表示装置であって、
   前記光源の発光体が、前記特定方向に沿って複数配置された点発光型光源である液晶表示装置。