JP5195069B2 - バックライトユニット及びディスプレイ装置 - Google Patents

Description

本発明は、主に液晶表示素子を用いたディスプレイ用バックライトユニットにおける照明光路制御に使用される光学シートの改良に関するものであり、この光学シートを搭載したバックライトユニット及びディスプレイ装置に関する。

近年、液晶パネルを使用した液晶表示装置（ＬＣＤ）がノート型パソコンやパソコン用ディスプレイ、情報端末機器等の画像表示手段、大型画面テレビ等の情報家電の画像表示手段、さらには携帯電話や個人用携帯情報端末（ＰＤＡ：Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｄｉｇｉｔａｌ Ａｓｓｉｓｔａｎｃｅ）の画像表示手段等として様々な分野で利用されてきている。液晶表示装置に代表されるディスプレイ装置では、提供される情報を認識するのに必要な光源を内蔵しているタイプの普及が著しい。

このようなディスプレイ装置においては、その薄型化の要求が年々高まっているが、薄型化を図った従来のディスプレイ装置としては、液晶パネルの背面側に光源を配設し、この光源からの光を導光体を介して面発光に変換して液晶パネルを照射する面光源装置としていわゆるバックライトユニットを備えたものがある。

このようなバックライトユニットに搭載される光学シートとして光源からの出射光を効果的に集光して正面輝度を向上させることが可能な光学シートが知られており（例えば特許文献１参照）、この光学シートとして米国３Ｍ社の登録商標である輝度強調フィルム（ＢＲＩＧＨＴＮＥＳＳ Ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ Ｆｉｌｍ：ＢＥＦ）が広く使用されている。輝度強調フィルムは、シート状部材上に断面三角形状の屋根型の単位プリズムが一方向に配列されたフィルムである。輝度強調フィルムをディスプレイ装置に使用した場合、“軸外（ｏｆｆ―ａｘｉｓ）”からの光を集光し、この光を視聴者に向けて“軸上（ｏｎ―ａｘｉｓ）”に方向転換（ｒｅｄｉｒｅｃｔ）または“リサイクル（ｒｅｃｙｃｌｅ）”することによってディスプレイ画面に対する法線方向の輝度を増大させることができる。

また通常、光学シートには光拡散板が備えられており（例えば特許文献２、３参照）、これによって光源部から表示画面側に出射される光を拡散させて該光源の配置による輝度ムラを解消することができるようになっている。
また、光学シート自体のしわやたるみによる表示画像のムラを抑制するため、実際の製品のバックライトユニットには、一般的に光学シートと液晶パネルとの間に光拡散シートが配設されている。
特表平１０−５０６５００号公報 特開２００５−２３４３９７号公報 特開２００６−３０１５１８号公報

ところで、近年、低コスト化及び薄型化の要請から、バックライトユニットを構成する部品点数の削減が求められている。
例えば、上記の光拡散シートを取り除いたバックライトユニットの製作を試みた場合、光源からの出射光の光拡散性を十分に得ることができないため、表示画像のムラを抑制することができない。
一方、光源の数を減らして部品点数の削減を図った場合、個々の光源をより明るくする必要があることから光源の熱量が大きくなり、さらにバックライトユニットの薄型化に伴い光源と光学シートとの距離が接近したことも相まって、光拡散板が熱で変形し易くなる。この結果、光拡散板にたわみが生じ、結果として表示画像のムラが発生するという問題が生じる。

なお、従来の光学シートに光拡散剤を添加することで光学シート自体の光拡散性を高めて光拡散シートを除去するとともに光拡散板のたわみによる表示画像ムラを抑制することも考えられるが、光学シートに十分な光拡散性を発揮し得るだけの光拡散剤を添加すれば、光学シート本来の機能である集光性が低下し、その結果、ディスプレイ画面に対する法線方向の輝度が低下してしまうため、光学シートの特性上好ましくない。

この発明はこのような課題に鑑みてなされたものであって、光学シートと液晶パネルとの間に光拡散シートを配設しなくとも、正面輝度を高く維持することが可能であるとともに表示画像にムラの生じることがない光学シートを用いたバックライトユニット、ディスプレイ装置を提供することを目的とする。

ここで、本発明者らがこのような光学シートについて誠意研究を重ねたところ、集光性が高く表示画像のムラが少ない光学シートの実現を図ることが可能な条件を見出すことができた。したがって、本発明はこの知見に基づいた技術であり、前記課題を解決するために以下の手段を提案している。

即ち、本発明に係るバックライトユニットは、光透過性材料からなり、出射面側に複数の単位レンズが並設されてなるレンズアレイを備え、入射面に入射した光を前記レンズアレイにて集光して前記出射面から出射する光学シートと、該光学シートの前記入射面側に配置されていて光を照射する光源部とを備え、前記光学シートは、前記出射面から出射される光の配光分布の全方位最大傾斜率が３．３％以上４．０％以下であって前記単位レンズが、前記光透過性材料のヘイズ度を０％とした場合の前記全方位最大傾斜率が４．０％を超えるレンズ形状をなしているとともに、前記光透過性材料のへイズ度が１０％以上４０％以下であり、前記単位レンズは、そのレンズ形状が、両側に湾曲側面を有するプリズムレンズを前記単位レンズの配列方向に一部重ねて一体化した複合レンズ形状をなしているとともに、単一の前記プリズムレンズのピッチＰ０とし、前記単位レンズにおける一の前記プリズムレンズと隣接する他の前記プリズムレンズとの前記単位レンズの配列方向にずれた重ならない距離をシフト量△としたとき、（１／５）Ｐ０≦△≦（２／３）Ｐ０
となることを特徴とする。

ここで、全方位最大傾斜率は以下のように定義される。
即ち、光学シートの出射面をＸＹ平面、出射面の正面方向をＺ軸とし、該Ｚ軸を中心とした球座標（θ、φ）における出射光をＬ（θ、φ）としたときに、まず、θ＝ａ°における最大傾斜率α（ａ）を以下のように定義する。
α（ａ）＝ＭＡＸ〔｛Ｌ（ａ、０）−Ｌ（ａ、１）｝／Ｌ（ａ、０）、｛Ｌ（ａ、１）−Ｌ（ａ、２）｝／Ｌ（ａ、０）、｛Ｌ（ａ、２）−Ｌ（ａ、３）｝／Ｌ（ａ、０）、…｛Ｌ（ａ、ｎ）−Ｌ（ａ、ｎ−１）｝／Ｌ（ａ、０）、…｛Ｌ（ａ、８８）−Ｌ（ａ、８９）｝／Ｌ（ａ、０）、｛Ｌ（ａ、８９）−Ｌ（ａ、９０）｝／Ｌ（ａ、０）〕とする。
そして、この最大傾斜率α（ａ）における、ａ＝０〜３６０°での最大値を全方位最大傾斜率βとして定義する。
この全方位最大傾斜率が大きい場合、配光分布の輝度差が大きいことから正面輝度が大きくなるが光の拡散性が小さくなる。逆に、全方位最大傾斜率が小さい場合には、正面輝度は低下するが光の拡散性が大きくなる。

ここで、全方位最大傾斜率が４．０％を超える場合には出射光の正面輝度は大きくなるが、光が十分な光拡散性を得ることができず表示画像のムラが生じてしまう。この点、本発明の光学シートは、全方位最大傾斜率が４．０％以下に設定されているため、集光性を高くして正面輝度を高く維持しつつも、十分な光拡散性を備えるため表示画像のムラを低減させることが可能となる。
また、光学シートの出射光の配光分布を的確に４．０％以下の範囲内に設定することが可能となる。

また、本発明に係るバックライトユニットは、光透過性材料からなり、出射面側に複数の単位レンズが並設されてなるレンズアレイを備え、入射面に入射した光を前記レンズアレイにて集光して前記出射面から出射する光学シートと、該光学シートの前記入射面側に配置されていて光を照射する光源部とを備え、前記光学シートは、前記出射面から出射される光の配光分布の全方位最大傾斜率が４．０％であって、前記単位レンズが、前記光透過性材料のヘイズ度を０％とした場合の前記全方位最大傾斜率が４．０％を超えるレンズ形状をなしているとともに、前記光透過性材料のへイズ度が１０％であり、前記単位レンズのレンズ形状が、前記単位レンズの高さ方向の位置関数をｚ、前記単位レンズの幅方向位置変数をｒ、補正係数を１／Ｒ，Ａ，Ｂ，Ｃとして、

によって定義されると共に、
相互に隣り合う前記単位レンズのピッチを１と正規化した際の前記補正係数１／Ｒ，Ａ，Ｂ，Ｃを、
−１０＜１／Ｒ＜１０
−５＜Ａ＜５
−１０＜Ｂ＜１０
−３０＜Ｃ＜３０
の範囲内とした形状をなすものであってもよい。

また、本発明に係るバックライトユニットは、光透過性材料からなり、出射面側に複数の単位レンズが並設されてなるレンズアレイを備え、入射面に入射した光を前記レンズアレイにて集光して前記出射面から出射する光学シートと、該光学シートの前記入射面側に配置されていて光を照射する光源部とを備え、前記光学シートは、前記出射面から出射される光の配光分布の全方位最大傾斜率が４．０％であって、前記単位レンズが、前記光透過性材料のヘイズ度を０％とした場合の前記全方位最大傾斜率が４．０％を超えるレンズ形状をなしているとともに、前記光透過性材料のへイズ度が１０％であり、前記単位レンズのレンズ形状が、前記単位レンズの高さ方向の位置関数をｚ、前記単位レンズの幅方向位置変数をｒ、補正係数を１／Ｒ，Ａ，Ｂ，Ｃとして、

によって定義されると共に、
相互に隣り合う前記単位レンズのピッチを１と正規化した際のｋ，（１／（２Ｒ）＋Ａ），Ｂ，Ｃが、
ｋ＝−１
−５＜（１／（２Ｒ）＋Ａ）＜５
−１０＜Ｂ＜１０
−３０＜Ｃ＜３０
の範囲内とした形状をなすものであってもよい。

単位レンズが上記のような形状をなしている場合、光透過性材料のヘイズ度を０％のときの全方位最大傾斜率が４．０％を超える値となるため、この形状の単位レンズを構成する光透過性材料のへイズ値を１０％以上４０％以下の値に設定することで、全方位最大傾斜率が４．０％以下の光学シートを実現することが可能となる。

また、本発明に係る光学シートにおいては、前記光透過性材料は、光拡散性粒子が添加されることでヘイズ度が付与されている。
これにより、容易に光透過性材料にヘイズ度を付与することができ、光学シートの全方位最大傾斜率を４．０％以下の値に設定することが可能となる。

本発明に係るバックライトユニットは上記のいずれかに記載の前記光学シートと、該光学シートの前記入射面側に配置されていて光を照射する光源部とが備えられていることを特徴とする。
このようなバックライトユニットによれば、光学シートが十分な集光性及び光拡散性を備えていることにより、正面輝度を高く維持することができるとともに出射光にムラが生じるのを抑制することが可能となる。

また、本発明に係るバックライトユニットによれば、前記光学シートと前記光源との間に、光拡散板が設けられていることを特徴とする。
これにより、出射光のムラをより確実に低減させることが可能となる。

さらに、本発明に係るバックライトにおいては、前記光拡散板が、その板厚以上のうねり形状を有しているものであってもよい。
この場合でも、光学シートが十分な光拡散性能を備えているため、表示画像にムラが生じることはない。

本発明に係るディスプレイ装置は、上記バックライトユニットと、該バックライトユニットからの光照射によって画像表示を行う液晶パネルとを備えていることを特徴とする。
このディスプレイ装置によれば、正面輝度を高くして良好な画像を表示することができるとともに、表示画像にムラの生じることを防止することが可能となる。

本発明に係るバックライトユニット及びディスプレイ装置によれば、光学シートの出射光の配光分布の全方位最大傾斜率を３．３％以上４．０％以下、又は、４．０％に設定することで、光学シートの集光性を高く維持しつつ、十分な光拡散性を発揮することが可能となる。これにより、光学シートと液晶パネルとの間に光拡散シートを配設しなくとも、正面輝度が高く良好な画像表示を行うことができるとともに、表示画像にムラが発生するの防止して、良好な表示品位を実現することが可能となる。

以下、本発明の第一実施形態の光学シート、バックライト装置及びディスプレイ装置について図面に基づいて詳細に説明する。
図１は第一実施形態による光学シートを備えたディスプレイ装置の縦断面図、図２は第一実施形態の光学シートの斜視図、図３は第一実施形態の光学シートのシフト量を示す正面図、図４は第一実施形態の単位レンズのレンズ形状を示す図である。

図１に示すように、第一実施形態による光学シートを含むディスプレイ装置１は、バックライトユニット２と画像表示素子としての液晶パネル３とで構成されている。
バックライトユニット２は、ランプハウス４内に所定間隔で収納された例えばシリンダー形状の複数の光源５と、各光源５から進入する光Ｈを拡散する光拡散層としての光拡散板６と、光拡散板６を透過した光を液晶パネル３に供給する光学シート７とを概略で備えている。
また、液晶パネル３は偏光板８，８間に液晶素子９が挟持されて構成されている。そのため、本実施形態によるディスプレイ装置１は液晶表示装置を示すが、これに限らず、上述の光学シート７を含んだ投射スクリーン装置、プラズマディスプレイ、ＥＬディスプレイ等、画像を光により表示する表示装置であればディスプレイ装置１の種類は問わない。

バックライトユニット２において、ランプハウス４に設けた各光源５は、本実施形態では冷陰極蛍光ランプを用いているが、これに代えて近年、ディスプレイ用光源として注目を浴びているＬＥＤ、ＥＬ、半導体レーザー等を用いてもよい。ここで、ディスプレイ装置１の光源５としてＬＥＤを用いる場合、赤色、緑色、青色のＬＥＤのアレイを使用し、導光板等で赤色、緑色、青色のＬＥＤのアレイからの光を混ぜ合わせて白色光として均一に出射するものや、拡散板等を用いた赤色、緑色、青色のＬＥＤのアレイからの光を混ぜ合わせて白色光として均一に出射することができるものにも使用できる。
また、ランプハウス４の背面には光反射板１１が配設され、複数の光源５から背面側に出射する光を液晶パネル３側に反射させて集光するようにしている。

ランプハウス４の前方に配設された光拡散板６は、透明樹脂とこの透明樹脂の中に分散された透明粒子とで構成されている。これら透明樹脂の屈折率と透明粒子の屈折率が異なるものである必要がある。透明樹脂の屈折率と透明粒子の屈折率の差は０．０２以上であることが望ましい。屈折率の差がこれより小さいと十分な光散乱性能が得られない。また、その屈折率差は０．５以下でよい。屈折率差が０．５より大きいと光の散乱の度合いが大きくなり、光を液晶パネル３に向けて十分集光させることができなくなるおそれがある。
この光拡散板６は、入射した光Ｈを散乱させながら透過させる必要がある。このため、光拡散板６に含まれる透明粒子の平均粒径は０．１〜１００μｍであることが望ましい。好ましくは０．２〜６０μｍである。或いは、透明粒子に代えて光拡散板６の透明樹脂中に空気を含む微細な空洞を分散して設けてもよい。この場合、透明樹脂と空洞中の空気との屈折率差で拡散性能を得ることができる。

光拡散板６の透明樹脂としては、例えばポリカーボネート樹脂、アクリル系樹脂、フッ素系アクリル樹脂、シリコーン系アクリル樹脂、エポキシアクリレート樹脂、ポリスチレン樹脂、シクロオレフィンポリマー、メチルスチレン樹脂、フルオレン樹脂、ＰＥＴ、ポリプロピレン等を使用することができる。

また、透明粒子として、無機酸化物からなる透明粒子又は樹脂からなる透明粒子を使用できる。例えば、無機酸化物からなる透明粒子としてはシリカやアルミナ等からなる粒子を挙げることができる。また、樹脂からなる透明粒子としてはアクリル粒子、スチレン粒子、スチレンアクリル粒子及びその架橋体；メラミン−ホルマリン縮合物の粒子、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、ＰＦＡ（ペルフルオロアルコキシ樹脂）、ＦＥＰ（テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体）、ＰＶＤＦ（ポリフルオロビニリデン）、及びＥＴＦＥ（エチレンテトラフルオロエチレン共重合体）等の含フッ素ポリマー粒子、シリコーン樹脂粒子等を挙げることができる。これら透明粒子は、２種類以上を混合して使用してもよい。そして、上述した透明樹脂中に透明粒子を分散して押出し成形することにより、板状の光拡散板６を製造することができる。その厚みは１〜５ｍｍであることが望ましい。厚さが１ｍｍ未満の場合には光拡散板６が薄く腰がないのでたわむという欠点があり、５ｍｍを越えると、光源５からの光の透過率が悪くなるという欠点がある。

次に、光拡散板６と液晶パネル３との間に配設された光学シート７について説明する。
光学シート７は、光を透過する光透過性材料からなり、図１から図４に示すように、レンズ基材１３及び該レンズ基材１３上に同一方向に配列された複合プリズムレンズである略かまぼこ形状の単位レンズ１４から構成されている。そして、これら複数の単位レンズ１４によってレンズアレイ２０が形成されるとともに、レンズ基材１３の光源５側を向く面が入射面７ａとされ、上記レンズアレイ２０のレンズ面が出射面７ｂとされている。

単位レンズ１４は、図３に示すように、断面視略凸レンズの略半分の形状をなす二つのプリズムレンズ１５、１５が一部重なって且つ単位レンズ１４の配列方向にシフト量△だけズレて複合化（一体化）された例えば略花びら形状をなしている。二つのプリズムレンズ１５、１５は本実施形態ではそれぞれ左右対称をなす同一形状とするが、必ずしも同一である必要はない。シフト量△は、プリズムレンズ１５の配列ピッチをＰ０とした場合、（１／５）Ｐ０≦△≦（２／３）Ｐ０の範囲に設定される。
ここで、シフト量△が下限値（１／５）Ｐ０より小さいと集光効果が小さく、上限値（２／３）Ｐ０を越えるとサイドローブが生じ易いため望ましくない。

本実施形態の光学シート７は単位レンズ１４を上記のような形状にすることにより、光透過性材料のヘイズ度を０％とした場合には、全方位最大傾斜率βが４．０を超える値である４．２に設定される。
ここで、この全方位最大傾斜率βは以下のように定義される。即ち、図５に示すように、光学シート７の出射面７ｂをＸＹ平面、出射面７ｂの正面方向をＺ軸方向とし、該Ｚ軸を中心とした球座標（θ、φ）における出射光をＬ（θ、φ）としたときに、まず、θ＝ａ°における最大傾斜率α（ａ）を、α（ａ）＝ＭＡＸ〔｛Ｌ（ａ、０）−Ｌ（ａ、１）｝／Ｌ（ａ、０）、｛Ｌ（ａ、１）−Ｌ（ａ、２）｝／Ｌ（ａ、０）、｛Ｌ（ａ、２）−Ｌ（ａ、３）｝／Ｌ（ａ、０）、…｛Ｌ（ａ、ｎ）−Ｌ（ａ、ｎ−１）｝／Ｌ（ａ、０）、…｛Ｌ（ａ、８８）−Ｌ（ａ、８９）｝／Ｌ（ａ、０）、｛Ｌ（ａ、８９）−Ｌ（ａ、９０）｝／Ｌ（ａ、０）〕と定義する。
そして、この最大傾斜率α（ａ）における、ａ＝０〜３６０°での最大値を全方位最大傾斜率βとして定義する。
この全方位最大傾斜率βが大きい場合、配光分布の輝度差が大きいことから正面輝度が大きくなるが光の拡散性が小さくなる。逆に、全方位最大傾斜率βが小さい場合には、正面輝度は低下するが光の拡散性が大きくなる。

また、このような光学シート７を構成する光透過性材料は、例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）樹脂、ポリカーボネート（ＰＣ）樹脂、メチルメタクリレート−スチレン共重合（ＭＳ）樹脂、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、シクロオレフィンポリマー（ＣＯＰ）等の光透過性材料等から構成されており、周知の押し出し成形法、射出成形法、あるいは熱プレス成形法によって形成によって、レンズ基材１３とレンズアレイ２０が一体成形される。またレンズアレイ２０は、紫外線（ＵＶ）硬化性樹脂などの放射線硬化性樹脂を用いて成形する紫外線キュアリング成型法によって成形されてもよい。

そして、本実施形態の光学シート７においては、光透過性材料中に光拡散性粒子が添加されることにより、１０％〜４０％のへイズ度（ヘイズ度）が付与されている。これにより、光学シート７の全方位最大傾斜率βが低下して４．０％以下に設定される。

この、光学シート７の光透過性材料に添加される光拡散性粒子としては、直径が約１〜１０μｍの球状又は不規則形状をなし、光透過性材料とは異なる屈折率を有するものが用いられる。即ち、レンズ基板の屈折率は約１．４５〜約１．６５の範囲にあるのに対し、光拡散性粒子は屈折率は約１．４〜約１．７の範囲とされる。
このような光拡散性粒子は、レンズアレイ２０及びレンズ基材１３を構成する光透過性材料内にランダムに分布又は配向され、あるいは規則的に整列配向される。

光拡散性粒子の材質としては、有機材料及び無機材料又はその混合物から構成される。有機材料の例としては、ポリカーボネート、ポリ（アクリレート）、ポリ（アルキルメタクリレート）、例えばポリ（メチルメタクリレート）（ＰＭＭＡ）、ポリ（テトラフルオロエチレン）、シリコーン、ポリ（アルキルトリアルコキシシラン）加水分解物、並びにこれらの少なくとも１種を含む混合物が挙げられる。なお、アルキル基の炭素原子数は１〜約１２のものが用いられる。
無機材料の例としては、アンチモン、チタン、バリウム及び亜鉛を含有する材料、例えばこれら金属の酸化物又は硫化物、具体的には酸化亜鉛、酸化アンチモン、並びにこれらの少なくとも１種を含む混合物が挙げられる。

このような材質からなる光拡散性粒子を、光学シート７を構成する光透過性材料中に適切な量を添加することにより、１０％〜４０％のヘイズ度を付与することができる。

本実施形態による光学シート７を含むディスプレイ装置１は上述した構成を備えているから、ランプハウス４の光源５を点灯すると、光源５から液晶パネル３側に出射する光は光拡散板６を透過する。また、光源５から背面側に出射する光は反射板１１で反射し、光拡散板６へ向かう。光拡散板６へ入射する光は、透明樹脂とその中に分散された透明粒子との屈折率の差０．０２以上、０．５以下となっているため光散乱性能を発揮でき、拡散した均一な光として光拡散板６を出射する。光拡散板６を出射した光は光学シート７の入射面７ａに入射する。光学シート７では、出射面側に複数の単位レンズ１４が配列されていて、該単位レンズが１４が上述のような複合プリズムレンズである略かまぼこ形状をなしていることから、入射光を効果的に屈折して集光することができるため、液晶パネル３に向かう集光効果が大きく、液晶パネル３において表示品位の高い画像表示を行うことができる。

ここで、光学シート７の出射面７ｂからの出射光の配光分布の全方位最大傾斜率が４．０％を超える場合、出射光が正面方向に大きく集光されるため出射光の正面輝度は大きくなるが、それだけ出射光が正面方向に集中してしまうため、光学シート７自体による光拡散性能を期待することができず、出射光は視野角が狭いものとなってしまう。その結果、例えば、上記光拡散板６に、うねり形状やたるみ等が生じた場合には、該光拡散板６のみでは十分に光を拡散させることができなくなるため、液晶パネル３に表示される画像に表示ムラが発生してしまう。この光拡散板６のたるみは、近年の薄型、化の要請で光源５と光拡散板６の距離が接近したことや、光源５の数の削減に伴う個々の光源５の熱量の増加により一層顕著となる。
これに対応すべく、光学シート７と液晶パネル３との間に、薄いシート状に形成されて拡散性能を発揮する光拡散シート等を配設して、光拡散性を保障することも可能であるが、その分だけ部品点数が増加するため、生産コストの観点からは好ましくない。

この点、本実施形態の光学シート７は、単位レンズ１４の形状を上述のような複合プリズムレンズ形状にするとともに、光学シート７を構成する光透過性材料に光拡散性粒子を添加して１０〜４０％の範囲のヘイズ度を付与することで、配光分布の全方位最大傾斜率が４．０以下に設定される。ここで、本発明者らがこのような光学シート７について重ねた研究結果から、配光分布の全方位最大傾斜率が４．０％以下の場合には、十分な集光効果を有しつつも、光拡散板６のたわみ等による表示ムラを除去できるだけの光拡散性能を発揮できることが見出されている。
よって、本実施形態の光学シート７及び採用したバックライトユニット２及びディスプレイ装置１によれば、集光効果により正面輝度を高く維持しつつも、光拡散性能により視野角を広げることで液晶パネル３における表示ムラを防止して、良好な表示品位を実現することができる。
即ち、光学シート７と液晶パネル３との間に光拡散シートを配設しなくとも、光学シート７自体による光拡散性能により光拡散板６のたるみによる表示ムラを防止することができるため、薄型化及び部品点数の削減といった近年の要請に応え得るバックライトユニット２及びディスプレイ装置１を実現することが可能となる。

次に、本発明の第二実施形態の光学シート３０について説明する。第二の実施形態の光学シート３０は、単位レンズ３１の形状が第一の実施形態の光学シート７とは相違する。

図６に示すように、光学シート３０は、第一実施形態の光学シート７と同様の光透過性材料からなり、レンズ基材３２及び該レンズ基材３２上に一定のピッチで同一方向に平行に配列された複数の単位レンズ３１から構成されている。これら複数の単位レンズ３３によってレンズアレイ３３が形成されるとともに、レンズ基材３２の単位レンズ３１が形成されていない反対側の面が入射面３０ａとされ、上記レンズアレイ３３のレンズ面が出射面３０ｂとされている。

単位レンズ３１のレンズ形状は、以下の（１）式によって定義される。

ここでｚは単位レンズ３１の高さ方向の位置関数、ｒは単位レンズ３１の幅方向位置関数であり、単位レンズ３１のピッチを１と正規化した場合、上記（１）式における補正係数１／Ｒ，Ａ，Ｂ，Ｃが、−１０＜１／Ｒ＜１０、−５＜Ａ＜５、−１０＜Ｂ＜１０、−３０＜Ｃ＜３０の範囲内に設定されている。

上記（１）式について図７を参照して説明する。
ｚは、単位レンズ５６の幅方向位置変数であるｒの関数であり、その値は単位レンズ３１の高さ方向を表す。（２）式は非球面レンズ形状の一般式であり、ｋ＝０で球面、−1＜ｋ＜０で楕円面、k＝−1で放物面、ｋ＜−1で双曲面となり、1／Ｒはｒにかかる係数であり、Ａ，Ｂ，Ｃは補正項係数である。また、上記（１）式における各係数1／Ｒ，Ａ，Ｂ，Ｃが規定範囲（−１０＜１／Ｒ＜１０，−５＜Ａ＜５，−１０＜Ｂ＜１０，−３０＜Ｃ＜３０）から外れた場合、集光効果が得られないか、サイドローブ光が生じ易い欠点がある。

なお、本実施形態における単位レンズ３１のレンズ形状は、以下の（２）式で定義されるものであってもよい。

ここで、ｚは単位レンズ３１の高さ方向の位置関数、ｒは単位レンズ３１の幅方向位置変数であり、単位レンズ３１のピッチを１と正規化した場合、上記（２）式の各係数ｋ，（１／（２Ｒ）＋Ａ），Ｂ，Ｃは、ｋ＝−１，−５＜（１／（２Ｒ）＋Ａ）＜５，−１０＜Ｂ＜１０，−３０＜Ｃ＜３０の範囲内である。

このような上記（２）式で定義される単位レンズ３１は放物面レンズ形状をなす。上記各係数（1／（２Ｒ）＋Ａ），Ｂ，Ｃの規定範囲−５＜（１／（２Ｒ）＋Ａ）＜５，−１０＜Ｂ＜１０，−３０＜Ｃ＜３０から外れた場合、光の視野角特性は指向性が強すぎるために急激な輝度低下が観察される場合もあり、正面以外にピークが発生し正面輝度が低下する場合もあり、輝度上昇効果が得られない場合もある。

本実施形態の光学シート３０は単位レンズ３１をこのような形状にすることにより、光透過性材料のヘイズ度を０％とした場合には、全方位最大傾斜率βが４．０を超える値に設定され、具体的には、単位レンズ３１の形状を上記（２）式の形状とした場合には全方位最大傾斜率βは４．１に設定される。
そして、光学シート３０を構成する光透過性材料中に光拡散性粒子を添加されて１０％〜４０％のへイズ度（ヘイズ度）が付与されてることにより、光学シート４０の全方位最大傾斜率βが低下して４．０％以下に設定される。

したがって、本実施形態の光学シート３０においても、配光分布の全方位最大傾斜率βを４．０％以下に設定することが可能であるため、集光効果を維持して正面輝度を高く保ちつつも、光拡散性能を発揮して光拡散板６のたわみ等による表示ムラを除去することができる。

次に、本発明の第三実施形態の光学シート４０について説明する。第三実施形態の光学シート４０は、単位レンズ４１の形状が第一及び第二の実施形態の光学シート７、３０とは相違する。

図８及び図９に示すように、光学シート４０は、第一実施形態の光学シート７と同様の光透過性材料からなり、レンズ基材４２及び該レンズ基材４２上に一定のピッチで同一方向に平行に配列された複数の単位レンズ４２から構成されている。これら複数の単位レンズ４２によってレンズアレイ４３が形成されるとともに、レンズ基材４２の単位レンズ４２が形成されていない反対側の面が入射面４０ａとされ、上記レンズアレイ４３のレンズ面が出射面４０ｂとされている。

この単位レンズ４１は、図８に示すようにその延在方向に直交する断面形状が等脚台形状をなす台形プリズム状をなしており、この台形状の上底に沿って延びる面である頂部４１ａには、図９に示すように、単位レンズ４１と直交する方向に沿って複数の単位レンズ４１に跨って延びるとともにレンズ形状が三角プリズム状をなすサブ単位レンズ４５が複数並設されている。そして、このサブ単位レンズ４５によってサブレンズアレイ４６が形成されている。
即ち、本実施形態の単位レンズ４１は、該単位レンズ自身４１が並設されることにより形成されるレンズアレイ４３と、該レンズアレイ４３と直交する方向に延びるサブレンズアレイからなる有したクロスレンズ形状となしている。
なお、本実施形態においては、図９に示すサブ単位レンズ４５の頂角θは７０°〜１１０°の範囲に設定されている。

光学シート４０は、上記のようなレンズアレイ４３及びサブレンズアレイ４５とを備えていることにより、二方向の集光効果を得ることができるため、高い集光機能を実現することができ、光透過性材料のヘイズ度を０％とした場合には、全方位最大傾斜率βが４．０を超える値に設定される。
そして、光学シート４０を構成する光透過性材料中に光拡散性粒子が添加されて１０％〜４０％のへイズ度（ヘイズ度）が付与されてることにより、光学シート４０の全方位最大傾斜率βが低下して４．０％以下に設定される
具体的には、単位レンズ３１の形状を上記（２）式の形状とした場合には全方位最大傾斜率βは４．１に設定される。

したがって、本実施形態の光学シート４０においても、配光分布の全方位最大傾斜率βが４．０％以下に設定できることから、ある程度の集光効果を維持して正面輝度を高く保ちつつも、光拡散性能を発揮して光拡散板６のたわみ等による表示ムラを除去することができる。

以上、本発明の実施の形態である光学シート７、３０、４０、バックライトユニット５及びディスプレイ装置１について説明したが、本発明はこれに限定されることなく、その発明の技術的思想を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、変形例として、光学シート７の単位レンズ１４のレンズ形状が、単に頂角７０〜１１０°の三角プリズム状のものであってもよい。これによっても、高い集光性を備えるため、光拡散性粒子を添加することによりヘイズ度を付与して、全方位最大傾斜率βを４．０％以下に設定することが可能となる。

光学シートの単位レンズのレンズ形状と該光学シートを構成する透明樹脂材料のヘイズ度とにより決定される全方位最大傾斜率βが、画像ムラ及び輝度に与える影響について調査するため、光学シートを組み込んだ液晶ディスプレイ装置において以下の測定試験を行った。

（光学シートの作成方法）
光拡散性粒子としてポリカーボネートの光拡散グレード「パンライトML-1103」（帝人化成（株）製）と同透明グレード「パンライトL-1225Y」（帝人化成（株）製）を適宜混合し、表１に示すような種々のヘイズ度の光透過性材料を作成した。
また、この光透過性材料を溶融押し出しの樹脂温度（290℃）でダイスよりシート状に押し出し、押し出しされた溶融状態の光透過性材料に、逆版形状を有する離形成シートと２本のロールにより挟圧成形することで、表１に示すような種々のレンズ形状を成形して光学シートを製造した。なお、シート厚みは５００μｍとした。

表１における複合レンズ形状とは、図１〜３に示した第一の実施形態の光学シートのレンズ形状を示しており、この複合レンズ形状においては、ヘイズ度が０％のものを比較例１と、１０％のものを実施例１と、１５％のものを実施例２と、２０％のものを実施例３と、３０％のものを実施例４と、４０％のものを実施例５とした。

また、放物面レンズとは、図６及び図７で示した第二の実施形態の（２）式で示されるレンズ形状のことであり、ヘイズ度が０％のものを比較例２と、１０％のものを実施例６とした。

さらに、クロスレンズとは、図８及び図９で示した第３の実施形態の光学シートのレンズ形状を示しており、ヘイズ度が０％のものを比較例３と、３５％のものを実施例７とした。

さらにまた、９０°三角プリズムとは、頂角が９０°の三角プリズムのことであり、ヘイズ度が０％のものを比較例４と、４０％のものを実施例８とした。

なお、市販の拡散フィルム（恵和（株）製、ＢＳ７０２）を比較例５とした。

（液晶ディスプレイ装置の構成）
画像ムラの判定は46インチの液晶ディスプレイ装置、全方位最大傾斜率βの測定は26インチの液晶ディスプレイを使用した。光拡散板と光学シートは使用するディスプレイサイズの長方形にカットして、ランプハウス上に全光線透過率５５％のポリスチレン製拡散板を配置し、拡散板の光源と反対面に光学シートを配置した。液晶パネルの筐体の縁４辺にクッション材を設け、これらクッション材が光学シートを押して固定するようにした。

（ヘイズ度の測定方法）
上記のそれぞれの光学シートのヘイズ度は、JISK7105に従って測定し、単位レンズを有さない、即ちレンズ形状のない同厚みの平坦状のシートのヘイズ度を測定したときの値を、光学シートのヘイズ度とした。

（全方位最大傾斜率βの測定方法）
上述のような光学シートを、それぞれ液晶ディスプレイ装置に組み込んで、ELDIM製EZContrastで±８８°の範囲の輝度分布を測定した。

（画像ムラの判定方法）
上記液晶ディスプレイ装置から１ｍ離間した位置の全方位から目視確認し、しわ・たわみが視認されないものを○と、しわ・たわみが視認されるものを×とした。

（輝度比の測定・算出方法）
トプコン製SR-3Aで上記液晶ディスプレイ装置の中心法線方向の輝度を測定し、ポリスチレン拡散板の輝度を１として規格化した輝度比を求めた。

まず、表１から、光学シートに代えて拡散フィルムを用いた場合には輝度は低く、液晶ディスプレイ装置には採用することはできないことが分かった。
また、実施例の光学シートでは、いずれも、しわ・たわみを抑制しているにもかかわらず、拡散シートに代表されるマイクロレンズシート類よりも格段に高い輝度を実現することができた。
さらに、それぞれのレンズ形状において、ヘイズ度を０％とした場合（比較例１〜４）には、全方位最大傾斜率は４．０を超えた値となった。

また、実施例１〜５に示すように、複合レンズのヘイズ度を０％〜４０％とした場合、全方位最大傾斜率は４．０％以下となり、その際、画像ムラは視認されず、輝度比も良好なものとなった。
これにより、単位レンズのレンズ形状を複合レンズ形状として、ヘイズ度を１０〜４０％として全方位最大傾斜率を４．０％以下とすることが、正面輝度の向上及び画像ムラの防止に有効であることが分かった。

さらに、実施例６に示すように、放物面レンズのヘイズ度を１０％とした場合には、やはり全方位最大傾斜率を４．０％以下とすることができ、これにより、画像ムラは発生せず、輝度比も良好であった。これは、ヘイズ度を１０％にした場合のみならず、複合レンズと同様に１０〜４０％にした場合でも同様の効果を奏すると推認される。なお、この効果は、実施形態２で示した（１）式で式で示されるレンズ形状の光学シートを用いた場合であっても奏するものと推認される。

さらにまた、実施例７に示すように、クロスレンズのヘイズ度を３５％とした場合にも。全方位最大傾斜率を４．０％以下とすることができ、画像ムラは発生せず、輝度比も良好であった。これは、ヘイズ度を３５％にした場合のみならず、複合レンズと同様に３５〜４０％にした場合でも同様の効果を奏すると推認される。

同様にして、実施例８の９０°三角プリズムにおいてはヘイズ度を４０％とした場合にも、全方位最大傾斜率を４．０％とすることができ、画像ムラは発生せず、輝度比も良好であった。これは、９０°三角プリズムのみならず、例えば頂角が７０〜１１０°の三角プリズムであっても同様の効果を奏すると推認される。

以上から、上記のような複合レンズ形状、放物面レンズ、クロスレンズ、９０°三角プリズムを備えた光学シートにおいては、光拡散性粒子を添加して所定のヘイズ度を付与し、全方位最大傾斜率βを４．０％以下にすることにより、正面輝度及び光拡散性をともに高いものとすることができることが分かった。これにより、液晶ディスプレイ装置において、光学シートと液晶パネルとの間に光拡散シートを配設しなくとも、表示品位を高くすることができる。

第一実施形態による光学シートを備えたディスプレイ装置の縦断面図である。 第一実施形態の光学シートの斜視図である。 第一実施形態の光学シートのシフト量を示す正面図である。 第一実施形態の光学シートの平面図である。 全方位最大傾斜率を説明するための図である。 第二実施形態の光学シートの正面図である。 第二実施形態の光学シートにおける単位レンズのレンズ形状を示す図である。 第三実施形態の光学シートの正面図である。 第三実施形態の光学シートの斜視図である。

符号の説明

１ ディスプレイ装置
２ バックライトユニット
３ 液晶パネル
５ 光源
６ 光拡散板
７ 光学シート
７ａ 入射面
７ｂ 出射面
１４ 単位レンズ
１５ プリズムレンズ
２０ レンズアレイ
３０ 光学シート
３０ａ 入射面
３０ｂ 出射面
３１ 単位レンズ
３３ レンズアレイ
４０ 光学シート
４０ａ 入射面
４０ｂ 出射面
４１ 単位レンズ
４３ レンズアレイ
４５ サブ単位レンズ
４６ サブレンズアレイ

Claims (7)

1. 光透過性材料からなり、出射面側に複数の単位レンズが並設されてなるレンズアレイを備え、入射面に入射した光を前記レンズアレイにて集光して前記出射面から出射する光学シートと、
   該光学シートの前記入射面側に配置されていて光を照射する光源部とを備え、
   前記光学シートは、
   前記出射面から出射される光の配光分布の全方位最大傾斜率が３．３％以上４．０％以下であって、
   前記単位レンズが、前記光透過性材料のヘイズ度を０％とした場合の前記全方位最大傾斜率が４．０％を超えるレンズ形状をなしているとともに、前記光透過性材料のへイズ度が１０％以上４０％以下であり、
   前記単位レンズは、そのレンズ形状が、両側に湾曲側面を有するプリズムレンズを前記単位レンズの配列方向に一部重ねて一体化した複合レンズ形状をなしているとともに、
   単一の前記プリズムレンズのピッチＰ０とし、前記単位レンズにおける一の前記プリズムレンズと隣接する他の前記プリズムレンズとの前記単位レンズの配列方向にずれた重ならない距離をシフト量△としたとき、
   （１／５）Ｐ０≦△≦（２／３）Ｐ０
   となることを特徴とするバックライトユニット。
2. 光透過性材料からなり、出射面側に複数の単位レンズが並設されてなるレンズアレイを備え、入射面に入射した光を前記レンズアレイにて集光して前記出射面から出射する光学シートと、
   該光学シートの前記入射面側に配置されていて光を照射する光源部とを備え、
   前記光学シートは、
   前記出射面から出射される光の配光分布の全方位最大傾斜率が４．０％であって、
   前記単位レンズが、前記光透過性材料のヘイズ度を０％とした場合の前記全方位最大傾斜率が４．０％を超えるレンズ形状をなしているとともに、前記光透過性材料のへイズ度が１０％であり、
   前記単位レンズのレンズ形状が、前記単位レンズの高さ方向の位置関数をｚ、前記単位レンズの幅方向位置変数をｒ、補正係数を１／Ｒ，Ａ，Ｂ，Ｃとして、
   

   

   によって定義されると共に、
   相互に隣り合う前記単位レンズのピッチを１と正規化した際の前記補正係数１／Ｒ，Ａ，Ｂ，Ｃを、
   −１０＜１／Ｒ＜１０
   −５＜Ａ＜５
   −１０＜Ｂ＜１０
   −３０＜Ｃ＜３０
   の範囲内とした形状をなすことを特徴とするバックライトユニット。
3. 光透過性材料からなり、出射面側に複数の単位レンズが並設されてなるレンズアレイを備え、入射面に入射した光を前記レンズアレイにて集光して前記出射面から出射する光学シートと、
   該光学シートの前記入射面側に配置されていて光を照射する光源部とを備え、
   前記光学シートは、
   前記出射面から出射される光の配光分布の全方位最大傾斜率が４．０％であって、
   前記単位レンズが、前記光透過性材料のヘイズ度を０％とした場合の前記全方位最大傾斜率が４．０％を超えるレンズ形状をなしているとともに、前記光透過性材料のへイズ度が１０％であり、
   前記単位レンズのレンズ形状が、前記単位レンズの高さ方向の位置関数をｚ、前記単位レンズの幅方向位置変数をｒ、補正係数を１／Ｒ，Ａ，Ｂ，Ｃとして、
   

   

   によって定義されると共に、
   相互に隣り合う前記単位レンズのピッチを１と正規化した際のｋ，（１／（２Ｒ）＋Ａ），Ｂ，Ｃが、
   ｋ＝−１
   −５＜（１／（２Ｒ）＋Ａ）＜５
   −１０＜Ｂ＜１０
   −３０＜Ｃ＜３０
   の範囲内とした形状をなすことを特徴とするバックライトユニット。
4. 前記光透過性材料は、光拡散性粒子が添加されることでヘイズ度が付与されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のバックライトユニット。
5. 前記光学シートと前記光源との間に、光拡散板が設けられていることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載のバックライトユニット。
6. 前記光拡散板が、その板厚以上のうねり形状を有していることを特徴とする請求項５に記載のバックライトユニット。
7. 請求項１から６に記載されたバックライトユニットと、
   該バックライトユニットからの光照射によって画像表示を行う液晶パネルとを備えていることを特徴とするディスプレイ装置。

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