JP5664331B2 - 面光源装置、映像源モジュール、及び表示装置 - Google Patents

Description

本発明は表示装置に用いられる面光源装置、映像源モジュール、及び該映像源モジュールを備える表示装置に関し、特に、導光板を用いることなく観察者に感知される明るさを効果的に向上させることができる面光源装置、映像源モジュール、及び表示装置に関する。

液晶テレビ等の表示装置には、液晶表示パネルに対して背面側から照明する面光源装置が備えられている。面光源装置は大別すると、シート状である光学部材の一方の面に対向するように光源を配置する直下型と、光学部材の側方に光源を配置するエッジライト型と、に分類される。エッジライト型の面光源装置は、直下型の面光源装置と比較して、面光源装置の厚さを薄くすることができるといった利点を有している。

従来のエッジライト型の面光源装置では、側方からの光源光を導く導光板が設けられている。光源からの光は、導光板の側面（入光面）から導光板内に入射し、導光板内で反射を繰り返し、入光面に対向する面の方向に向けて（導光方向）に導光板内を進んでいく。その際に導光板内を進む光は、導光方向に進むにつれて少しずつ出光面から出射する。この結果、導光板の出光面からの出射光量が、導光方向に沿って、均一化されるようになる。

特許文献１には導光板の製造方法が開示され、その中で例えば該文献の図１のように導光板を用いたエッジライト型の面光源装置が表されている。このようなエッジライト型の面光源装置では、光源（５）及び導光板（２）を備え、導光板（２）の裏面には反射シート（３）を有している。さらに導光板（２）と液晶表示パネル（１１）との間には光拡散シート（７）、及び延在方向が異なる（直交する）２枚のプリズムシート（２３、２４）が具備されている。

特開２００７−２２７４０５号公報

しかしながら、特許文献１に記載のような従来のエッジライト型面光源装置では、構成部材が多く、特に導光板は印刷導光板が用いられることが多いため面光源装置全体として重量が大きくなる問題があった。
これに加えて、面光源装置の光学的な性能として、光源からの光を効率よく偏向して収束し、高いエネルギー効率で輝度を高める要望がある。

従って導光板を用いることなく、十分な光の偏向及び収束をすることができれば、面光源装置、及びこれを用いた映像源モジュールや表示装置の低重量化、光学特性の向上を図ることができる。

そこで本発明は、上記の問題に鑑み、導光板を用いることなく、光学的特性の優れた面光源装置を提供することを課題とする。また、当該面光源装置を備える映像源モジュール、及び液晶表示装置を提供する。

以下、本発明について説明する。ここでは分かり易さのため、例示として図面の参照符号を括弧書きで付すが、本発明はこれに限定されることはない。

請求項１に記載の発明は、液晶表示パネル（２０）の背面側から該液晶表示パネルに光を出射する面光源装置（１０）であって、光源（１１）と、光源からの光を入射し、偏向して出射する偏向光学シート（１２）と、光を反射可能な反射シート（１５）と、を有し、偏向光学シートは、光源が配置される側に複数の単位プリズム（１４ａ）が配列されたプリズム部（１４）を具備し、単位プリズムは光源からの光を直接単位プリズム内に入射させる入射面と、入射面から入射した光を全反射する全反射面と、を有し、入射面及び全反射面は出光面としても機能し、各単位プリズムは円弧状、又は直線状に延びるとともに、複数の単位プリズムは同心円状又は直線状に延びる方向とは異なる方向に並列され、光源は、同心円状の半径方向又は単位プリズムの並列された方向に傾斜した光をプリズム部へ出射し、反射シートは、偏向光学シートの光源とは反対側となる側に配置されており、光源から出射された光が反射を繰り返すことによって導光される手段を備えていない、面光源装置である。

ここで、「液晶表示パネルの背面側」は観察者側とは反対側、すなわち光源が配置されている側である。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の面光源装置（１０）において、偏向光学シート（１２）は、プリズム部（１４）のうち、光源（１１）側とは反対側に基材部（１３）を有していることを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の面光源装置（１０）において、偏向光学シート（１２）のプリズム部（１４）が設けられた側の面に対向するように所定の間隙を有して、光を拡散して透過可能な光拡散シート（１７）が配置されていることを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか一項に記載の面光源装置（１０）において、基材部（１３）とプリズム部（１４）とが一体に形成されていることを特徴とする。

請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれか一項に記載の面光源装置（１０）、並びに該面光源装置のうち偏向光学シート（１２）の入射面（１４ｂ）及び全反射面（１４ｃ）が形成された側に配置された液晶表示パネル（２０）を有する映像源モジュール（１）である。

請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の映像源モジュールを具備する液晶表示装置である。

本発明によれば、面光源装置、これを用いた映像源モジュール、及び液晶表示装置に導光板を用いることなく軽量化することができる。また、このような構成でも従来に比べて光の収束性を向上させることが可能となる。

第一の実施形態を説明する図で、映像源モジュールの分解斜視図である。 図１にＩＩ−ＩＩで示した線に沿った断面を示す図である。 図１を矢印ＩＩＩの方向から見た図である。 第二の実施形態を説明する図で、図４（ａ）が図２と同様の視点による図、図４（ｂ）が図３と同様の視点による図である。 第三の実施形態を説明する図で、図５（ａ）が図２と同様の視点による図、図５（ｂ）が図３と同様の視点による図である。 第三の実施形態における偏向光学シートの製造工程の一部を表す模式図である。 第四の実施形態を説明する図で、図７（ａ）が図２と同様の視点による図、図７（ｂ）が図３と同様の視点による図である。 第五の実施形態を説明する図で、図８（ａ）が図２と同様の視点による図、図８（ｂ）が図３と同様の視点による図である。 第六の実施形態のうち面光源装置を説明する図で、図２と同様の視点による図である。 第七の実施形態を説明する図で、図２に相当する図である。 図１０の一部を拡大して示した図である。

本発明の上記した作用及び利得は、次に説明する発明を実施するための形態から明らかにされる。以下、本発明を図面に示す実施形態に基づき説明する。ただし、本発明はこれら実施形態に限定されるものではない。また、以下で説明する各実施形態で、図を用いて光路例を矢印で表しているが、この矢印で表される光路例は説明のための概念的なものであり、例えば屈折や反射の程度等を厳密に表現したものではない。

図１〜図３は第一の実施形態を説明するための図である。図１は表示装置に含まれる映像源モジュール１の構成を概略的に示す分解斜視図である。図２は、図１にＩＩ−ＩＩで示した線に沿った映像源モジュール１の断面図である。図３は図１に矢印ＩＩＩで示した方向から見た偏向光学シート１２、光源１１の正面図である。図１、図２では紙面右が観察者側である。図３は観察者側から偏向光学シート１２、光源１１を見た図となる。なお、図１〜図３をはじめ以下に示す図は分かり易さのため各部形状を変更、誇張して示すことがあり、繰り返しとなる符号は省略することがある。図１〜図３を参照しつつ第一の実施形態について説明する。

本実施形態の表示装置は液晶表示装置であり、映像源モジュール１を具備している。その他、図示及び説明は省略するが、表示装置には液晶表示装置として機能するための各種機器が備えられている。

映像源モジュール１は面光源装置１０と、該面光源装置１０の観察者側に備えられる液晶表示パネル２０と、を有している。面光源装置１０は液晶表示パネル２０を背面側（観察者とは反対側）から照明する装置である。一方、液晶表示パネル２０は、映像情報を含み、面光源装置１０からの光を透過及び遮断する等して映像情報を適切に観察者に提供するパネルである。以下それぞれについて説明する。

面光源装置１０は、光源１１、偏向光学シート１２、反射シート１５、及び光拡散シート１７を備えている。
光源１１は、偏向光学シート１２に対して斜め下方から光を投射する装置である。光源１１は発光源としてＬＥＤ（発光ダイオード）、又は白熱電球等を具備し、発光源から出射された光を拡大投影するための光学系が配置されている。従って図２、図３からわかるように光源１１からは光が垂直方向及び水平方向に広がりを有して出射される（Ｌ１〜Ｌ６参照）。具体的には、光源１１は、後述するプリズム部１４に具備される単位プリズム１４ａが並べられる方向（同心円の半径方向）に傾斜するようにプリズム部１４に向けて光を出射する。

偏向光学シート１２は、後述する反射シート１５と組み合わされることによって、光源１１から斜めに投射された光を偏向し、光を液晶表示パネル２０の法線方向に近づけるように集光する機能を有している。そのため、図２に良く表れているように、偏向光学シート１２は基材部１３及びプリズム部１４を具備し、プリズム部１４には複数の単位プリズム１４ａが設けられている。

ここで、偏向光学シート１２よりも光源１１の方が観察者側に配置されている。すなわち、光源１１からの光は単位プリズム１４ａが並べられる方向に傾斜するように出射されるが、傾斜方向は観察者側とは反対側である。

基材部１３はプリズム部１４を形成する基材となる部位であり、プリズム部１４の変形を防止できるように支持する。かかる観点から、基材部１３を形成する材料の具体例として、アクリル樹脂、スチレン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリカーボネート樹脂、アクリル−スチレン共重合体樹脂等を挙げることができる。

プリズム部１４は、複数の単位プリズム１４ａを有してなる部位である。各単位プリズム１４ａは断面が略三角形である部位を有し、その斜辺を形成する面がそれぞれ、入射した光を屈折させ単位プリズム内１４ａに光を入射させる入射面１４ｂ及び入射した光を全反射する全反射面１４ｃを構成している。さらに、これら入射面１４ｂ、及び全反射面１４ｃは、出光面としても機能する。光路については後で説明する。

入射面１４ｂは光源１１に面した側の面、全反射面１４ｃはそれとは反対側の面である。また、図３からわかるように、本実施形態では各単位プリズム１４ａは円弧状に延び、複数の単位プリズム１４ａは同心円状に並べられている。本実施形態では同心円の中心は偏向光学シート１２のシート面より下方で、シート左右方向の中央となる位置にある。

プリズム部１４をなす材料は特に限定されることはないが、表示装置に組み込まれる光学シート用の材料として広く使用され、優れた機械的特性、光学特性、安定性及び加工性等を有するとともに安価に入手可能な材料を用いることが好ましい。これには例えば、アクリル、スチレン、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート、アクリロニトリル等の一以上を主成分とする透明樹脂や、エポキシアクリレートやウレタンアクリレート系の反応性樹脂（電離放射線硬化型樹脂等）を挙げることができる。

上記したように偏向光学シート１２は、光源１１から光を斜め方向から投射されるので、各単位プリズム１４ａには異なった角度で光が入射する。ここで、偏向光学シート１２は、光を偏向させ、光を液晶表示パネル２０の法線方向に近づける（集光する）機能を有している。従って、各単位プリズム１４ａはこのような機能を実現するための形状とすることができる。例えば、ある単位プリズム１４ａの入射面１４ｂから入射する光が液晶表示パネル２０の法線方向と成す角をθ_１（図２参照）、全反射面１４ｃで反射した光が液晶表示パネル２０の法線方向となす角をθ_２、単位プリズム１４ａの入射面１４ｂと全反射面１４ｃとが成す角である頂角をλ（図２参照）、単位プリズム１４ａの屈折率をｎとしたとき、単位プリズム１４ａのうち、全反射面１４ｃが液晶表示パネル２０のパネル面と成す角φ（図２参照）は次の式（１）により求めることができる。

従って、これらの関係を調整することにより全反射面１４ｃによる反射光の角度を調整することができる。

一方、上記したように入射面１４ｂ、全反射面１４ｃはいずれも出光面としても機能する。従って、プリズム部１４は、光が入射面１４ｂ、全反射面１４ｃから出光する際にもさらに光を液晶表示パネル２０の法線方向に近付けるように偏向させる形状であることが好ましい。

すなわち、単位プリズム１４ａは入射面、全反射面としての機能と出光面としての機能とを兼ね備えた形状であることが好ましい。これにより集光性を高めることができる。そのための具体的な単位プリズム１４ａは当該機能が実現可能であれば特に限定されることはないが、本実施形態のように三角形断面であることが好ましい。

また、本実施形態のプリズム部１４とした場合には上記式（１）からもわかるように、単位プリズム１４ａの形状は、光源１１の位置、単位プリズム１４ａの材料等によって決定することができる。これによれば、各単位プリズム１４ａの頂角λやφは、単位プリズム１４ａが配置される位置によって異なる形状にしてもよい。ただし、これに限らず全ての単位プリズムの頂角λを同じ角度としてもよい。

ここで面光源装置では適切にプリズム部１４の全面に亘って光源１１からの光が照射されればよく、特に限定されることはないが、薄型化の観点からθ_１をできるだけ大きくすることが好ましい。かかる観点からθ_１は６０°以上８５°以下であることが好ましい。

このような偏向光学シート１２は、例えば基材部１３の上にプリズム部１４を賦型又は貼付することにより製造することができる。その際、プリズム部１４をなす材料と基材部１３のなす材料とは異なっていても良いし、同一であってもよい。

反射シート１５は、偏向光学シート１２の基材部１３のうち、プリズム部１４が配置されている側とは反対側の面に積層されたシート状の部材であり、光を反射する機能を有している。ここで反射の態様は鏡面反射や拡散反射等のいずれであってもよいが、拡散反射であることが好ましい。拡散反射することにより反射光をより均一化することができ、面光源装置としての出射光の均一性を向上させることができる。また、拡散反射させることにより、光源１１から出射した光が同じ光路を逆にたどり、再び光源１１に戻ることを抑制することも可能となる。
反射シート１５は上記のように光を反射する機能を有していればその種類は特に限定されるものではなく公知のものを適用することができる。

光拡散シート１７は、偏向光学シート１２から出光した光を拡散させて透過する機能を有するシート状の部材である。具体的には、偏向光学シート１２の作用に起因して強く収束されて指向性が強くなった光をある程度拡散し、輝度分布を広げ、視野角を拡大する。
光拡散シート１７は光源１１より観察者側に配置される。すなわち図１、図２からわかるように、光拡散シート１７は偏向光学シート１２と所定の間隙を有して観察者側に配置される。そして光源１１からの光はこの間隙に向けて照射されることになる。

光拡散シート１７は、透光性を有する主部内に光散乱剤（光拡散性粒子）が分散されて構成されている。光散乱剤は、主部内を進む光に対し、反射や屈折等によって、当該光の進路方向を変化させる作用を及ぼす。このような光散乱剤の光拡散機能（光散乱機能）を発揮するために、例えば、主部をなす材料とは異なる屈折率を有した材料から光散乱剤を構成することができる。その他、光に対して反射作用を及ぼし得る材料であってもよい。

主部をなす材料は特に限定されることはないが、表示装置に組み込まれる通常の光学シート用の材料として広く使用され、優れた機械的特性、光学特性、安定性および加工性等を有するとともに安価に入手可能な材料であることが好ましい。これには例えば、アクリル、スチレン、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート、アクリロニトリル等の一以上を主成分とする透明樹脂や、エポキシアクリレートやウレタンアクリレート系の反応性樹脂（電離放射線硬化型樹脂等）等を挙げることができる。一方、光散乱剤としては、一例として平均粒径が０．５μｍ〜１００μｍ程度であるシリカ（二酸化珪素）、アルミナ（酸化アルミニウム）、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、シリコーン樹脂、硫酸バリウム、酸化チタン等からなる粒子を挙げることができる。

ここで、光拡散シート１７の面うち液晶表示パネル２０側の面は平坦面であることが好ましい。これにより液晶表示パネル２０、又はその他この間に配置してよい層に適切に密着して積層させることができる。ここで「平坦面」とは面光源装置１０を他の同様な平坦面を有する層に安定して積層及び接着することができる程度の平坦を表す。これには例えば、ＪＩＳ Ｂ ０６０１（１９８２年）に準拠して十点平均粗さＲｚとして測定された場合に、１．０μｍ以下であることを挙げることができる。

次に液晶表示パネル２０について説明する。液晶表示パネル２０は、観察者側となる側に配置された上偏光板２２と、面光源装置１０側に配置された下偏光板２３と、上偏光板２２と下偏光板２３との間に配置された液晶セル２１と、を有している。上下の偏光板２２、２３は、入射した光を直交する二つの偏光成分（Ｐ波およびＳ波）に分解するため、一方の方向（透過軸と平行な方向）の偏光成分（例えば、Ｐ波）を透過させ、当該一方の方向に直交する他方の方向（吸収軸と平行な方向）の偏光成分（例えば、Ｓ波）を吸収する機能を有している。

液晶セル２１は、一つの画素を形成する領域毎に電界印加がなされ得るように構成され、電界印加された液晶セル２１の配向が変化する。面光源装置１０側（すなわち入光側）に配置された下偏光板２３を透過した特定方向の偏光成分（本実施形態においてはＰ波）は、電界印加された液晶セル２１を通過する際にその偏光方向を９０°回転させ、その一方で電界印加されていない液晶セル２１を通過する際にその偏光方向を維持する。このため、液晶セル２１への電界印加の有無によって、下偏光板２３を透過した特定方向の偏光成分（Ｐ波）が、上偏光板２２をさらに透過するか、又は、上偏光板２２で吸収されて遮断されるか、を制御することができる。

このようにして液晶表示パネル２０では、面光源装置１０からの光の透過又は遮断を画素毎に制御し、映像を表現することができるように構成されている。本実施形態では通常に用いられる液晶表示パネルを用いることができる。

次に図２、図３を参照しつつ面光源装置１０に注目した映像源モジュール１及び表示装置の作用について説明する。図２には光路例Ｌ１、Ｌ２を、図３には光路例Ｌ３〜Ｌ６を表した。

光源１１から出光した光は放射状に広がりながら偏向光学シート１２の入射面１４ｂから入射し、全反射面１４ｃで全反射してその方向が液晶表示パネル２０の面の法線方向に近づくように偏向される（Ｌ１〜Ｌ６）。ただし、その向きは液晶表示パネル２０とは反対側（観察者側とは反対側）である。全反射面１４ｃで全反射した光（Ｌ１、Ｌ２）は、プリズム部１４及び基材部１３を透過し、反射シート１５に達し、ここで反射される。反射シート１５で反射した光は、観察者側に向きが変えられ、再びプリズム部１４を透過し、出光面として機能する入射面１４ｂ、全反射面１４ｃから出光する。出光する際にその一部の光は屈折によりさらに液晶表示パネル２０の法線方向に近付くものとなる。
ここで、反射シート１５が拡散反射可能なシートであれば、反射シート１５で反射した光は拡散して広がり、偏向光学シート１２からの出射光の均一性が高められる。また、拡散反射させることにより、光源１１から出射した光が同じ光路を逆にたどり、再び光源１１に戻ることを抑制することも可能となり、光の利用効率の向上を図ることができる。

面光源装置１０のこのようなプリズム部１４、反射シート１５によれば、従来の面光源装置の導光板のように光を拡散均一化し、これをプリズムシートで順次集光していく態様とは異なり、光源１１の光を直接偏向して収束するので、高い収束性で光を集光することができる。従って、光の利用効率を高めることが可能である。偏向光学シート１２ではシートの全面に亘ってこのような光の偏向が行われるので、面光源として優れたものとすることが可能である。

偏向光学シート１２から出射した光（Ｌ１、Ｌ２）は、光拡散シート１７を透過して出光する。その際、光拡散シート１７により、上記したように偏向光学シート１２の作用に起因して強く収束されて指向性が大きくなった光の角度輝度分布を広げ、視野角をある程度拡大することができる。

このような面光源装置１０によれば従来の面光源装置に比べ光の収束性が高く、光源の光の利用効率を高めることができ、低消費電力化を図ることが可能である。また、従来の面光源装置と比べてわかるように、面光源装置１０は導光板や複数の集光シートを必要としないので従来に比べて部材点数を減らし、薄型化、軽量化することが可能である。また、これに伴って製造コストを直接的に低減することもできる。

そして面光源装置１０を適用した映像源モジュール１、表示装置によれば、面光源装置１０に起因する上記した効果を奏することができる。特に面光源装置１０を液晶表示パネル２０に組み合わせた映像源モジュール１、及び表示装置では、液晶表示パネル２０の性質上、面光源装置１０の集光性、高効率性の効果をより顕著に発揮することが可能となる。

また、面光源装置１０の出光側の面（光拡散シート１７の液晶表示パネル２０側の面）を平坦面とすれば、液晶表示パネル２０やその他の面光源装置１０に積層してよい他の層に安定して積層及び貼付することができる。

図４には第二の実施形態を説明する図を示した。第二の実施形態では、面光源装置のうち光源の数、配置が第一の実施形態と異なるのみで、他の部位については共通する。そこで、図４には、第二の実施形態のうち、光源３１及び偏向光学シート１２を表した。図４（ａ）は図２と同じ視点、図４（ｂ）は図３と同じ視点から見た図である。また、図４には、特に符号を付していないが、実線、破線、点線の矢印で光路例を示した。

第二の実施形態では、光源３１が複数の単位光源３１ａを有して構成されている。単位光源３１ａは同じ高さ位置に並べて配列されている。これにより特に画面水平方向においてさらに輝度分布を均一化することができる。各単位光源３１ａは、上記した光源１１と共通である。

図５には第三の実施形態を説明する図を示した。第三の実施形態では、面光源装置のうち光源、及び偏向光学シートの形態が上記した第一の実施形態と異なり、他の部位については共通する。そこで、図５には、第三の実施形態のうち、光源４１及び偏向光学シート４２を表した。図５（ａ）は図２と同じ視点、図５（ｂ）は図３と同じ視点から見た図である。また、図５には、特に符号を付していないが、実線の矢印で光路例を示した。

第三の実施形態に備えられる光源４１は、複数の単位光源４１ａが水平方向に並べられて配置されている。各単位光源４１ａは、偏向光学シート４２に対して斜め下方から光を投射する装置である。各単位光源４１ａは発光源としてＬＥＤ（発光ダイオード）、又は白熱電球等を具備し、また発光源から出射された光を所定の態様で拡大投影するための光学系が配置されている。具体的には、各単位光源４１ａは、図５（ａ）からわかるように後述する単位プリズム部４４ａが並列される方向に傾斜するようにプリズム部４４に向けて光を出射する。

一方、第三の実施形態に備えられる偏向光学シート４２は、光源４１から斜めに投射された光を偏向し、液晶表示パネル２０の法線方向に近づける（集光する）機能を有している。本実施形態の偏向光学シート４２は、図５（ａ）に良く表れているように、基材部１３及びプリズム部４４を具備し、プリズム部４４には複数の単位プリズム４４ａが設けられている。基材部１３は第一の実施形態と共通するので説明は省略する。

プリズム部４４は、複数の単位プリズム４４ａを有してなる部位である。各単位プリズム４４ａは断面が略三角形である部位を有し、その斜辺を形成する面がそれぞれ入射した光を屈折させ、単位プリズム４４ａ内に光を入射させる入射面４４ｂ及び入射した光を全反射する全反射面４４ｃを構成している。さらに、これら入射面４４ｂ、及び全反射面４４ｃは、出光面としても機能する。また、図５（ｂ）からわかるように、単位プリズム４４ａは図５（ａ）に示した断面を有して水平方向に延びる直線状であり、複数の単位プリズム４４ａは、その延びる方向に直交する方向に並列されている。

ここで、光源４１は偏向光学シート４２よりも観察者側に配置されている。すなわち、光源４１からの光は単位プリズム４４ａが並べられる方向に傾斜するように出射されるが、傾斜方向は観察者側とは反対側である。

プリズム部４４をなす材料は特に限定されることはないが、上記したプリズム部１４と同様である。

単位プリズム４４ａの断面形状については、第一の実施形態の単位プリズム１４ａと同様の考え方を用いることができるので、ここでは説明を省略する。図５に実線矢印で示したように、各単位光源４１ａから出光した光は、単位プリズム４４ａが並列される方向の概ね全域に亘るように広がりながら偏向光学シート４２の入射面４４ｂから入射し、全反射面４４ｃで全反射してその方向が液晶表示パネル２０の面の法線方向に近づくように偏向される。
ただし、その向きは液晶表示パネル２０とは反対側（観察者側とは反対側）である。全反射面４４ｃで全反射した光は、プリズム部４４及び基材部１３を透過し、反射シート１５に達してここで反射される。反射シート１５で反射した光は、観察者側に向きが変えられ、再びプリズム部４４を透過し、出光面として機能する入射面４４ｂ、全反射面４４ｃから出光する。出光する際にその一部の光は屈折によりさらに液晶表示パネル２０の法線方向に近づくものとなる。

光が偏向光学シート４２から出射した以降は、第一の実施形態と同様に面光源装置から出光する。

このような、光源及び偏向光学シートを有する面光源装置、映像源モジュール、及び表示装置も第一の実施形態で説明した効果を奏するものとすることができる。

さらに偏向光学シート４２は図５（ａ）に示した断面が長手方向に直線状に一定して延在する。従って金型ロール等を用いて賦型して連続生産することが可能であり、生産性に優れたものとなる。図６は、偏向光学シート４２の製造方法の一例について一部の工程を概略的に説明する図である。

偏向光学シート４２を製造する際、図６に示すように、基材部１３となる層を含む基材１３’の上に、プリズム部４４を形成する。具体的には次の通りである。プリズム部４４を形成するには、所定のピッチでプリズム部４４の形に対応した形の溝を有する金型ロール３００を準備する。次に、当該金型ロール３００とニップロール３０１との間に基材１３’を送り込む。図６に示した矢印ＶＩは、基材１３’を送り込む方向である。基材１３’の送り込みに合わせて、金型ロール３００と基材１３’との間に供給装置３０３からプリズム部４４を構成する組成物３０４の液滴を供給し続ける。供給装置３０３から基材１３’上に組成物３０４を供給するとき、金型ロール３００と基材１３’との間に、組成物３０４が溜まったバンク３０５が形成されるようにする。このバンク３０５において、組成物３０４が基材１３’の幅方向に広がる。

上記のようにして金型ロール３００と基材１３’との間に供給された組成物３０４は、金型ロール３００及びニップロール３０１間の押圧力により、基材１３’と金型ロール３００との間に充填される。その後、光照射装置３０６によって組成物３０４に光を照射し、組成物３０４を硬化させ、プリズム部４４を形成することができる。プリズム部４４が形成された後、このシートは、剥離ロール３０７を用いられて引かれることによって、金型ロール３００から引き剥がされる。

ただし、本実施形態における偏向光学シート４２も必ずしも上記のようの賦型による製造に限定されることはなく、押し出し成型であってもよい。この場合には基材部１３とプリズム部４４とは一体である。

このような直線状のプリズム部では、左右方向に関しては偏向性、集光性を有していないので、本実施形態のように、複数の単位光源４１ａを単位プリズム４４ａの延在方向に沿って並列させる。これにより水平方向にも輝度の均一性を得ることが可能となる。

図７には第四の実施形態を説明する図を示した。第四の実施形態では、面光源装置のうち光源、及び偏向光学シートの形態が上記した第一の実施形態と異なり、他の部位については共通する。そこで、図７には、第四の実施形態のうち、光源４１、５１及び偏向光学シート５２を表した。図７（ａ）は図２と同じ視点、図７（ｂ）は図３と同じ視点から見た図である。また、図７には、特に符号を付していないが、実線、及び点線の矢印で光路例を示した。

第四の実施形態に備えられる光源は、上記した第三の実施形態に備えられた光源４１に加え、光源５１を有している。光源５１は、複数の単位光源５１ａが、後述する単位プリズム５４ａの延在方向に沿って並べられて配置されている。各単位光源５１ａは、偏向光学シート５２に対して斜め上方から光源光を投射する装置である。光源５１は光源４１と同様、発光源としてＬＥＤ（発光ダイオード）、又は白熱電球等を具備し、また発光源から出射された光を所定の態様で拡大投影するための光学系が配置されている。具体的には、各単位光源５１ａは、図７の点線矢印からわかるように光が垂直方向に広がりを有し、水平方向には広がりが少ない光が出射される。すなわち、光源５１は後述する単位プリズム５４ａが並列される方向に傾斜するようにプリズム部５４に向けて光を出射する。
以上の説明からわかるように、第四の実施形態では、下方及び上方の両方から偏向光学シート５２に光を出射している。

一方、第四の実施形態に備えられる偏向光学シート５２は、第三の実施形態に備えられる偏向光学シート４２と同様に基材部１３及び、断面が略三角形である部位を有する複数の単位プリズム５４ａを具備するプリズム部５４を備えている。各単位プリズム５４ａは当該断面を有して直線状に延在し、複数の単位プリズム５４ａはこの延在方向に直交する方向に並列される。

ここで、光源４１、５１は偏向光学シート５２よりも観察者側に配置されている。すなわち、光源４１、５１からの光は単位プリズム５４ａが並べられる方向に傾斜するように出射されるが、傾斜方向は観察者側とは反対側である。

ただし、本実施形態では下方及び上方の両方に光源４１、５１を有しているので、断面略三角形の斜辺を形成する面５４ｂ、５４ｃは、それぞれ入射面及び全反射面を兼ねるように形成される。すなわち面５４ｃは光源４１に対しては全反射面であるが光源５１に対しては入射面である。一方、面５４ｂは光源４１に対しては入射面であるが光源５１に対しては全反射面である。従って、単位プリズム５４ａの形状は、両面５４ｂ、５４ｃともに第一の実施形態で説明した考え方で構成される。また、上記と同様に面５４ｂ、５４ｃはいずれも出光面としての機能も具備している。

図７に実線矢印で示したように、光源４１から出光した光は偏向光学シート５２の面５４ｂから入射し、面５４ｃで全反射してその方向を液晶表示パネルの法線方向に近づくように偏向される。このとき、その向きは観察者側とは反対側に向かう向きである。そしてその光は反射シート１５で反射して偏向光学シート５２から出射される。一方、図７に点線で示したように光源５１から出光した光は偏向光学シート５２の面５４ｃから入射し、面５４ｂで全反射してその方向を液晶表示パネルの法線方向に近づくように偏向される。このとき、その向きは観察者側とは反対側に向かう向きである。そしてその光は反射シート１５で反射して偏向光学シート５２から出射される。

このような光源４１、５１、及び偏向光学シート５２を備えることにより、上記した第三の実施形態と同様の効果を奏する。これに加えて光源が上下に分散して配置されているので上下方向の輝度分布のさらなる均一化が図られる。

図８には第五の実施形態を説明する図を示した。第五の実施形態では面光源装置のうち光源、及び偏向光学シートの形態が上記した第一の実施形態と異なり、他の部位については共通する。そこで、図８には、第五の実施形態のうち、光源６１、及び偏向光学シート６２を表した。図８（ａ）は図２と同じ視点、図８（ｂ）は図３と同じ視点から見た図である。また、図８には、特に符号を付していないが、実線の矢印で光路例を示した。

第五の実施形態に備えられる光源６１は、偏向光学シート６２に対して斜め上方から光を投射する装置である。光源６１は発光源６１ａ及び集光反射部材６１ｂを備えている。発光源６１ａはＬＥＤ（発光ダイオード）、又は白熱電球等を具備し、また発光源から出射された光を拡大投影するための光学系が配置されている。具体的には、発光源６１ａは、図８からわかるように光を垂直方向及び水平方向に広がりを有して出射する。従って本実施形態では発光源は１つであってよい。

集光反射部材６１ｂは、光源の一部として機能し、偏向光学シート６２の上方に具備され、図８（ｂ）に表れるような所定の形状を有し、発光源６１ａからの光を反射可能に形成された部材である。より詳しくは、集光反射部材６１ｂは発光源６１ａからの光を受けて反射するが、その際に水平方向に広がりを有している発光源６１ａからの光を集光し、水平方向の広がりを平行化して反射することができる形状を有している（図８（ｂ）参照）。そして、後述する単位プリズム６４ａの延在方向に直交する光とする。
これにより、直線状の単位プリズム６４ａであっても適切に全反射することができる光へと偏向することができる。

一方、第五の実施形態に備えられる偏向光学シート６２は、光源６１から斜めに出射された光を偏向し、液晶表示パネル２０の法線方向に近づける（集光する）機能を有している。本実施形態の偏向光学シート６２は、図８に良く表れているように、基材部１３及びプリズム部６４を具備し、プリズム部６４には複数の単位プリズム６４ａが設けられている。基材部１３は第一の実施形態と共通するので説明は省略する。

光源６１は偏向光学シート６２よりも観察者側に配置されている。すなわち、光源６１からの光は単位プリズム６４ａが並べられる方向に傾斜するように出射されるが、傾斜方向は観察者側とは反対側である。

プリズム部６４は、複数の単位プリズム６４ａを有する部位である。各単位プリズム６４ａは断面が略三角形である部位を有し、その斜辺を形成する面６４ｂ、６４ｃを有する。面６４ｂは発光源６１ａ側の面、面６４ｃはこれとは反対側となる面である。ここで、本実施形態では面６４ｃが入射面、面６４ｂが全反射面となる。また、上記と同様に面６４ｃ、６４ｂともに出光面としても機能する。
さらに、図８（ｂ）からわかるように、単位プリズム６４ａは図８（ａ）に示した断面を有して水平方向に延びる直線状であり、複数の単位プリズム６４ａはその延在方向と直交するように並列されている。

すなわち、本実施形態によれば、図８に実線矢印で示したように発光源６１ａから光が出射される。このときには水平方向及び垂直方向のいずれにも広がりを有している。このような光が集光反射部材６１ｂで反射される。このとき当該集光反射部材６１ｂの作用により垂直方向の光の広がりは維持される一方で水平方向の光の広がりは偏向され平行化される。すなわち、単位プリズム６４ａの並列方向に傾斜してプリズム部６４に向けて照射される光となる。集光反射部材６１ｂからの反射光は、偏向光学シート６２の面６４ｃから入射し、面６４ｂで全反射してその方向を液晶表示パネルの法線方向に近づけるように偏向される。このとき、その向きは観察者側とは反対側に向かう向きである。そしてその光は反射シート１５で反射して偏向光学シート６２から出射される。

本実施形態では、第一の実施形態で説明した効果を奏することができるとともに、発光源６１ａを１つとしつつも、直線状のプリズム部６４を適用することが可能となる。

図９は第六の実施形態を説明するための図である。第六の実施形態では、面光源装置のうち偏向光学シートの形態が上記した第一の実施形態と異なり、他の部位については共通する。そこで、図９には、第六の実施形態のうち、光源１１、及び偏向光学シート７２を表した。図９は図２と同じ視点から見た図である。また、図９には、特に符号を付していないが、実線の矢印で光路例を示した。

偏向光学シート７２は、基材部１３と反射シート１５との間に間隙が設けられ、空気層ＩＸが具備される点で偏向光学シート１２と異なる。各部の構成及びその他の配置は第一の実施形態と共通する。

かかる空気層ＩＸが設けられることにより、図９からわかるように基材部１３と空気層ＩＸとの界面において出光時、入光時に屈折が起こる。また、空気層ＩＸの層厚の分、入光から出光までの距離が長くなる。これにより偏向光学シート７２への光の入射位置（位置Ａ）から、より離れた位置で光を出射させる（位置Ｂ）ことができ、出射する光が所定の箇所に集中することを抑制することが可能となる。すなわち、面光源装置として出射する光の均一性を向上させることができる。
また、上記したように反射シート１５を拡散反射可能なシートとしたときには、さらに反射光を均一化することができ、面光源装置として出射光の均一性が向上する。

図１０、図１１は第七の実施形態を説明するための図である。図１０は本実施形態における図２に相当する図である。本実施形態の表示装置も液晶表示装置であり、映像源モジュール１０１を具備している。その他、表示装置には、図示及び説明は省略するが、液晶表示装置として機能するための各種機器が備えられている。

本実施形態では、上記説明した面光源装置１０、液晶表示パネル２０に加えて映像源モジュール１０１に視野角拡大部材１２０が備えられている。面光源装置１０、及び液晶表示パネル２０は上記した通りなのでここでは説明を省略する。なお、面光源装置は、面光源装置１０に限られることなく、これまでに説明した各実施形態のいずれの面光源装置をもここに適用することができる。

視野角拡大部材１２０は液晶表示パネル２０の観察者側、すなわち上偏光板２２に貼付されて積層される部材で、光を拡散して視野角を拡大する機能を有する層である。具体的には次の通りである。

視野拡大部材１２０は、透過部１２１と、該透過部１２１間に具備される間部１２２と、を備えている。透過部１２１及び間部１２２は図１０に示した断面を有して紙面奥／手前側に延在する形状を備えている。図１１には視野拡大部材１２０の一部を拡大して説明する図を示した。

透過部１２１は光を透過させることを主要の機能とする部位であり、図１０、図１１に表れる断面において、液晶表示パネル２０側に長い下底、その反対側（観察者側）に短い上底を有する略台形の断面形状を有する要素である。透過部１２１は、シート面に沿って所定の間隔で並列されるとともに、その間には、略三角形断面を有する間部１２２が形成されている。従って、間部１２２は、透過部１２１の上底側に底辺を有し、透過部１２１の下底側にこれに対向する頂点を有する三角形断面を有し、ここに所定の材料が充填されることにより間部１２２が形成される。

なお、本実施形態では間部１２２を三角形断面としたが、これに限らず間部を台形断面としてもよい。このときには透過部１２１の短い上底側に間部の長い下底が配置され、透過部１２１の長い下底側に間部の短い上底が配置される。
また、本実施形態では、三角形断面を形成する斜辺が直線状である例を示したが、これに限定されることなく、当該斜辺が折れ線状であったり、曲線状であってもよい。

ここで、間部１２２には透過部１２１よりも小さい屈折率を有する材料が充填される。その屈折率差は特に限定されるものではないが、０より大きく０．１５以下であることが好ましい。屈折率差を大きくすることにより、より多くの光を反射して拡散することができる。

すなわち、図１１に点線矢印で示したように、液晶表示パネル２０を透過した光の一部が透過部１２１と間部１２２との界面に達する。透過部１２１と間部１２２とは上記したような屈折率差が設けられているので、界面に達した光は屈折率差と界面への入射角度に基づいて全反射する。さらに、透過部１２１及び間部１２２は上記したような形状を有していることから当該界面はシート法線に対して傾斜している。従って、全反射光は拡散する方向に偏向されて出射される。これにより光が拡散され、視野角を拡大することが可能となる。

ここまで説明したように、上記した各実施形態の面光源装置は集光性が高いので、集光された光が効率よく液晶表示パネル２０を透過することができる。本実施形態によれば、このように効率よく液晶表示パネル２０を透過した光を拡散して視野角を広くすることができる。従って、さらに視野角が広い映像源モジュール及び表示装置を提供することが可能となる。

１ 映像源モジュール
１０ 面光源装置
１１ 光源
１２ 偏向光学シート
１３ 基材部
１４ プリズム部
１４ａ 単位プリズム
１５ 反射シート
１７ 光拡散シート
２０ 液晶表示パネル
２１ 液晶セル
２２ 上偏光板
２３ 下偏光板

Claims (6)

1. 液晶表示パネルの背面側から該液晶表示パネルに光を出射する面光源装置であって、
   光源と、前記光源からの光を入射し、偏向して出射する偏向光学シートと、光を反射可能な反射シートと、を有し、
   前記偏向光学シートは、前記光源が配置される側に複数の単位プリズムが配列されたプリズム部を具備し、
   前記単位プリズムは前記光源からの光を直接前記単位プリズム内に入射させる入射面と、前記入射面から入射した光を全反射する全反射面と、を有し、
   前記入射面及び前記全反射面は出光面としても機能し、
   各前記単位プリズムは円弧状、又は直線状に延びるとともに、前記複数の単位プリズムは同心円状又は前記直線状に延びる方向とは異なる方向に並列され、
   前記光源は、前記同心円状の半径方向又は前記単位プリズムの前記並列された方向に傾斜した光を前記プリズム部へ出射し、
   前記反射シートは、前記偏向光学シートの前記光源とは反対側となる側に配置されおり、
   前記光源から出射された光が反射を繰り返すことによって導光される手段を備えていない、面光源装置。
2. 前記偏向光学シートは、前記プリズム部のうち、前記光源側とは反対側に基材部を有していることを特徴とする請求項１に記載の面光源装置。
3. 前記偏向光学シートの前記プリズム部が設けられた側の面に対向するように所定の間隙を有して、光を拡散して透過可能な光拡散シートが配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の面光源装置。
4. 前記基材部と前記プリズム部とが一体に形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の面光源装置。
5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載の面光源装置、並びに該面光源装置のうち前記偏向光学シートの前記入射面及び前記全反射面が形成された側に配置された液晶表示パネルを有する映像源モジュール。
6. 請求項５に記載の映像源モジュールを具備する液晶表示装置。

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