JP5673192B2 - 偏向素子、面光源装置、映像源モジュール、及び液晶表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、映像を表示する液晶表示装置、該液晶表示装置に備えられる映像源モジュール、面光源装置、及び面光源装置に備えられる偏向素子に関する。

液晶テレビ等の液晶表示装置には、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、光学部材に面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。

エッジライト型の面光源装置では、液晶表示パネルに面するとともに、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する。導光板内へ入射した光は、導光板内で反射を繰り返し、光が入射する側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。導光板内を進む光は、導光方向に進むにつれて少しずつ液晶パネル側の面である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。また、構成部材の種類が多いという観点からコストが高くなる傾向にあった。
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収束し、高いエネルギー効率で出射する性能向上の要望がある。

そこで本発明は、上記の問題に鑑み、導光板を不要として光源からの光を効率良く照射するために用いられる偏向素子、及び該偏向素子を用いた面光源装置を提供する。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。

請求項１に記載の発明は、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、光源からの光を入光させて偏向して出射する偏向素子と、偏向素子から出射された光を直接入射し、偏向して出射する偏向光学シートと、を有し、偏向素子は、透光性を有し、側面に少なくとも４つの面を有する柱状の部材であり、側面のうちの１つで、光源からの光を入光する入光面と、側面のうちの他の１つで、入光面の反対側に具備され、偏向光学シート側に向かうにつれ光源から離隔するように傾き、入光した光を出光する出光面と、側面のうちの入光面及び出光面以外の面であり、光源からの光の少なくとも一部を反射して出光面に向けて光を偏向可能な反射面と、を有し、入光面と出光面とは、平行でない、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において、偏向素子のうち、入光面と出光面とは５度以上２０度以下の角度を有しているものである。

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において、偏向素子は柱状の軸方向とは直交する方向の断面において、入光面と出光面とはその長さが異なり、複数の反射面は互いに平行でないことを特徴とする。

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において、入光面と反射面とは９０度以上１２０度以下の角度を有し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において、反射面が曲面である部位を含むことを特徴とする。

請求項６に記載の発明は、請求項１〜５のいずれか一項に記載の面光源装置において、偏向素子から出射した光の一部を反射して偏向光学シートに向けて反射可能に反射板を有するものである。

請求項７に記載の発明は、請求項１〜６のいずれか一項に記載の面光源装置において、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が配列されたプリズム部を有し、単位プリズムは偏向素子からの光を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、各単位プリズムは直線状に延びるとともに、複数の単位プリズムは延びる方向とは異なる方向に並列され、偏向素子は、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するものである。

請求項８に記載の発明は、請求項１〜７に記載の面光源装置、及び該面光源装置のうち光源とは反対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である。

請求項９に記載の発明は、請求項８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、光源からの光を効率よく利用することができる。また、導光板を必要としない面光源装置を形成することが可能となり、面光源装置の軽量化もできる。

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分解図である。 偏向素子の断面形状を説明する図である。 偏向光学シートの製造工程の一部を表す模式図である。 偏向素子に注目した光路例を説明する図である。 偏向素子に注目した光路例を説明する他の図である。 偏向素子に注目した光路例を説明するさらなる他の図である。 変形例の偏向素子の断面形状を説明する図である。 第二の実施形態を説明する図で、図２に相当する図である。 第三の実施形態を説明する図で、図２に相当する図である。 第四の実施形態を説明する図で、図２に相当する図である。 図１１の一部を拡大して示した図である。 第四の実施形態に含まれ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。 第五の実施形態を説明する図で、図２に相当する図である。 図１４の一部を拡大して示した図である。 第六の実施形態を説明する図で、図２に相当する図である。 実施例の偏向素子の形状、及び光路について説明する図である。

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。

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偏向素子１２、該偏向素子１２を含む面光源装置１０、及び面光源装置１０を有す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分解断面図である。図３は偏向素子１２の形状を説明する図である。図１〜図３では紙面右が観察者側となる。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誇張や変形して示し、繰り返しとなる符号は省略することがある。図１〜図３及び適宜示す各図を参照しつつ説明する。

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部品や部材が備えられている。

映像源モジュール１は面光源装置１０と、該面光源装置１０より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からの光を透過又は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、偏向素子１２、偏向光学シート１３、及び光拡散シート１７を備えている。
光源１１は、偏向素子１２に向けて光を出射し、該偏向素子１２を介して偏向光学シート１３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）、白熱電球、又は円形断面の蛍光管であって円形断面において一部を出射部とし、他を反射部とすることにより所定の方向に光を出射する蛍光管等を具備している。ＬＥＤや白熱電球の場合には、図１のように、複数の単位光源１１ａが表示装置の左右方向水平（図１の紙面左上−右下方向）に並列されている。蛍光管の場合には、図示は省略するが当該並列方向を長手方向とするように配置される。
そして、図２からわかるように、光源１１は偏向素子１２を介して、後述する偏向光学シート１３のプリズム部１５に具備される単位プリズム１５ａが並べられる方向（図１、図２の紙面上下方向）に対して傾斜するようにプリズム部１５に向けて光を出射する。

偏向素子１２は、図２、図３に表れたような所定の断面形状を有し、該断面形状を有して一方に延びる柱状の透光性部材である。具体的な断面形状については後で詳しく説明する。偏向素子１２は、図１、図２からわかるように、単位光源１１ａが並列される方向、又は光源が蛍光管の場合にはその延びる方向に沿った方向を柱状の長手方向として水平に配置される。そして光源１１と偏向光学シート１３との間で、光源１１から出光した光が偏向光学シート１３へ導かれるべき光路の途中に配置されその光を偏向して制御する。

偏向素子１２は、その長手方向に直交する方向の断面において図３のような形状を有している。図３には偏向素子１２の他、単位光源１１ａも表している。図３からわかるように、偏向素子１２は柱状体を形成する側面として面１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄを有する断面四角形の部材である。

面１２ａは、光源１１に対向するように配置される面である。従って面１２ａは光源１１に対して所定の間隔を有して光源１１を覆うように配置され、入光面として機能する。面１２ａと光源１１との間隙の大きさは特に限定されることはないが、０．５ｍｍ〜数ｍｍ程度であることが好ましい。ただし、面１２ａに直接光源１１を取り付けることを妨げるものではない。

面１２ｂは、面１２ａの反対側に対向して配置される面であり、出光面として機能する。また面１２ｂは図３からわかるように面１２ａに対して平行とはならないように角度θ_ｂ傾斜するように形成されている。ここで角度θ_ｂは、図２、図３からわかるように、偏向光学シート１３側の方が上下方向で高くなるように設定されることが好ましい。これにより反射手段を用いなくても偏向光学シート１３側へ効率良く光を偏向させることができる。θ_ｂの大きさは特に限定されることはないが、５度以上２０度以下であることが好ましい。

面１２ｃは、面１２ａと面１２ｂとの間に形成される柱状体の側面のうち観察者側に形成される面である。面１２ｃは後述するように、光源１１からの光を反射して光を偏向光学シート１３に向けさせることができる反射面として機能する。図３からわかるように、面１２ｃは偏向光学シート１３側に面１２ａに対して角度θ_ｃで傾いて設けられている。θ_ｃの大きさは特に限定されることはないが、９０度以上１２０度以下であることが好ましい。

面１２ｄは、面１２ａと面１２ｂとの間に形成される柱状体の側面のうち観察者側とは反対側に形成される面である。面１２ｄは後述するように、光源１１からの光を反射して光を偏向光学シート１３に向けさせることができる反射面として機能する。図３からわかるように、面１２ｄは偏向光学シート１３側とは反対側に面１２ａに対して角度θ_ｄで傾いて設けられている。θ_ｄの大きさは特に限定されることはないが、９０度以上１２０度以下であることが好ましい。

ここで面１２ｃと面１２ｄとは平行であっても、平行でなくてもよい。

偏向素子１２を構成する材料は、透光性を有するものであれば特に限定されるものではない。ただし、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、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）を用いることができる。

ここで、面１２ｃ、面１２ｄには光を反射する手段が設けられていてもよい。これは例えば面１２ｃ、面１２ｄに光反射性を有するシートを貼付したり、光反射性を有する膜を形成してもよい。光を反射するための手段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。

偏向光学シート１３は、背面側に配置された光源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１３は基材部１４及びプリズム部１５を具備し、プリズム部１５には複数の単位プリズム１５ａが設けられている。

基材部１４はプリズム部１５を形成する基材となる透光性を有する部位であり、プリズム部１５の変形を防止できるように支持する。

プリズム部１５は、複数の単位プリズム１５ａを有してなる部位である。各単位プリズム１５ａ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１５ａ内に光を入射させる入射面１５ｂ及び入射した光を全反射する全反射面１５ｃを構成している。入射面１５ｂは光源１１、偏向素子１２に面した側の面、全反射面１５ｃはそれとは反対側の面である。また、図１からわかるように、本実施形態では各単位プリズム１５ａは単位光源１１ａが並列される方向、又は光源が延びる方向に沿って直線状に延び、複数の単位プリズム１５ａは、この延びる方向に直交する方向に並べられている。

基材部１４、プリズム部１５は種々の材料を使用することができる。ただし、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、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）を用いることが好ましい。

上記したように偏向光学シート１３は、背面側に配置された光源１１の光を斜め方向から投射されるので、各単位プリズム１５ａ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１３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１５ａ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、図２に表したように、ある単位プリズム１５ａに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、単位プリズム１５ａから出光する光が液晶表示パネル２０の法線方向となす角をθ_２（図２ではθ_２＝０度である。）、単位プリズム１５ａの入射面１５ｂと全反射面１５ｃとが成す角である頂角をλ、単位プリズム１５ａの屈折率をｎとしたとき、単位プリズム１５ａのうち、全反射面１５ｃが液晶表示パネル２０のパネル面と成す角φは次の式（１）により求めることができる。

ここで、単位プリズム１５ａから出光する光を液晶表示パネル２０の法線方向としたい場合には、θ_２を０度とすればよい。
以上のように、単位プリズム１５ａの形状は、光源１１の位置、単位プリズム１５ａ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１５ａの頂角λやφは、単位プリズム１５ａが配置される位置によって異なり、光源１１に近い側よりも、遠い側の方の頂角λが大きくなるように連続的に変化している形状を得ることができる。ただし、これに限定されるものではなく、いずれの単位プリズム１５ａの形状を同じとしてもよい。

ここでθ_１は適切にプリズム部１５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１３は押し出し成型により、または、基材部１４の上にプリズム部１５を賦型又は貼付することにより、製造することができる。押し出し成型で製造された偏向光学シート１３では、基材部１４とプリズム部１５とが一体的に形成され得る。また、賦型又は貼付によって偏向光学シート１３を製造する場合にはプリズム部１５をなす材料と基材部１４を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。

図４には偏向光学シート１３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を示した。この例では、偏向光学シート１３を製造する際、図４に示すように、基材部１４となる層を含む基材１４’の上に、プリズム部１５を形成する。具体的には次の通りである。プリズム部１５を形成するには、所定のピッチでプリズム部１５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１４’を送り込む。図４に示した矢印ＩＶは、基材１４’を送り込む方向である。基材１４’の送り込みに合わせて、金型ロール３００と基材１４’との間に供給装置３０３からプリズム部を構成する組成物３０４の液滴を供給し続ける。供給装置３０３から基材１４’上に組成物３０４を供給するとき、金型ロール３００と基材１４’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１４’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１４’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１４’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１５を形成することができる。プリズム部１５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。

図１、図２に戻って光拡散シート１７について説明する。光拡散シート１７は、偏向光学シート１３から出光した光を拡散させて、偏向光学シート１３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の角度輝度分布を広げ、視野角をある程度拡大するためのシート状の部材である。具体的には光拡散シート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。

主部をなす材料としては、種々の材料を使用することができる。ただし、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、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）が好適に使用され得る。一方、光散乱剤は、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、用いることができる。

また、光拡散シート１７は偏向光学シート１３の基材部１４の平坦面に粘着剤等により粘着されていることが好ましい。また光拡散シート１７の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波及びＳ波）に分解し、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には、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なっている。そして、電界印加された液晶セル２１の配向は変化するようになる。面光源側（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、下偏光板２３の出光側に配置された上偏光板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〜Ｌ３を示し、図５〜図７には光路例Ｌ４〜Ｌ１２を表した。図５〜図７は図３と同じ視点による図で、偏向素子１２内の光路例を説明する図である。ここで表した光路例は光の進行について概念的に表すものであり、屈折の程度等について厳密に表現したものではない。

図５に示した光Ｌ４〜Ｌ６では、光源１１から出光した光は入光面である面１２ａから偏向素子１２内へ入光して該偏向素子１２内を進行する。光Ｌ４〜Ｌ６は、そのまま出光面である面１２ｂに達する。そして光Ｌ４〜Ｌ６は面１２ｂから出光して偏向光学シート１３の方に向かう。ここで、面１２ｂは、上記したようにθ_ｂの角度で傾斜しているとともに（図３参照）、偏向素子１２は空気よりも屈折率が高いことから、面１２ｂと空気界面との間で屈折が生じる。当該屈折は光Ｌ４〜Ｌ６を偏向光学シート１３側に偏向するように行われる。

図６に示した光Ｌ７〜Ｌ９では、光源１１から出光した光は入光面である面１２ａから偏向素子１２内へ入光して該偏向素子１２内を進行する。光Ｌ７〜Ｌ９は、偏向素子１２に入射した後、該偏向素子１２の観察者側面である反射面として機能する面１２ｃに達して、面１２ｃで反射する。当該反射は偏向素子１２と空気との屈折率差に基づくものである。または面１２ｃに反射手段が設けられたときには、この反射手段により反射する。
ここで、面１２ｃは、上記したようにθ_ｃの角度で観察者側に傾斜している（図３参照）。これにより、光Ｌ７〜Ｌ９は、本来、偏向光学シート１３に向かうことができない光であったが、面１２ｃにおける反射により偏向光学シート１３に向かうことができる光となった。そして光Ｌ７〜Ｌ９は反射の後、出光面である面１２ｂに達し、面１２ｂから出光して偏向光学シート１３の方に向かう。ここで、面１２ｂは、上記したようにθ_ｂの角度で傾斜しているとともに（図３参照）、偏向素子１２は空気よりも屈折率が高いことから、面１２ｂと空気界面との間で屈折が生じる。当該屈折は光Ｌ７〜Ｌ９をさらに偏向光学シート１３側に偏向するように行われる。

図７に示した光Ｌ１０〜Ｌ１２では、光源１１から出光した光は入光面である面１２ａから偏向素子１２内へ入光して該偏向素子１２内を進行する。光Ｌ１０〜Ｌ１２は、偏向素子１２に入射した後、該偏向素子１２の観察者側面とは反対側で反射面として機能する面１２ｄに達して、面１２ｄで反射する。当該反射は偏向素子１２と空気との屈折率差に基づくものである。または面１２ｄに反射手段が設けられたときには、この反射手段により反射する。
ここで、面１２ｄは、上記したようにθ_ｄの角度で観察者側と反対側に傾斜している（図３参照）。これにより、光Ｌ１０〜Ｌ１２は、本来、偏向光学シート１３に向かうことができない光であったが、面１２ｄにおける反射により偏向光学シート１３に向かうことができる光となった。そして光Ｌ１０〜Ｌ１２は反射の後、出光面である面１２ｂに達し、面１２ｂから出光して偏向光学シート１３の方に向かう。ここで、面１２ｂは、上記したようにθ_ｂの角度で傾斜しているとともに（図３参照）、偏向素子１２は空気よりも屈折率が高いことから、面１２ｂと空気界面との間で屈折が生じる。当該屈折は光Ｌ１０〜Ｌ１２をさらに偏向光学シート１３側に偏向するように行われる。

以上、光Ｌ４〜Ｌ１２の例からわかるように、偏向素子１２により効率良く光源１１からの光を偏向光学シート１３に向かわせることができ、光源光の利用効率を高めることが可能となる。

そして、図２からわかるように、以上のようにして偏向素子１２から出光した光（図２では例として光Ｌ１〜Ｌ３を表した。）は、単位光学要素１５ａが並列する方向に広がりを有して傾斜して偏向光学シート１３の入射面１５ｂから入射する。入射面１５ｂから偏向光学シート１３に入射した光は、全反射面１５ｃで全反射してその方向を観察者側に偏向されて偏向光学シート１３から出射される。このとき上記したように各単位プリズム１５ａの形状を、偏向光学シート１３から出射される光が液晶表示パネル２０の法線方向に向くように形成しておくことができる。

面光源装置１０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。特に偏向素子１２により光源１１からの光を効率良く偏向光学シート１３に向けて出光し、偏向光学シート１３ではシートの全面に亘って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１３から出射した光は光拡散シート１７を透過して出光する。光拡散シート１７により、上記したように偏向光学シート１３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。

このような面光源装置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に液晶表示パネルに組み合わせた映像源モジュール、及び表示装置では、液晶表示パネルの性質上、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８には変形例を説明する図を示した。変形例では偏向素子の断面形状が上記した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８には、第二の実施形態のうち、偏向素子３２の図３に相当する図を示した。

偏向素子３２は、観察者側の面３２ｃが曲面部３２ｃ’及び平面部３２ｃ’’により構成されている。他の面は上記した偏向素子１２と共通する。従って同じ符号を付すとともに説明は省略する。
曲面部３２ｃ’は平面部３２ｃ’’よりも光源１１側に配置された面で、観察者側に凸である曲面を有している。
一方、平面部３２ｃ’’は、曲面部３２ｃ’から連続して面１２ｂに連結するように設けられる面で、観察者側に所定の角度で傾くように配置されている。

このような偏向素子３２によれば、曲面部３２ｃ’における曲率を適宜調整することにより、面３２ｃでの光の全反射角度を制御することができ、さらに効率良く光を偏向光学シート１３に出射させることができる。

図９には第二の実施形態を説明する図で、図２に相当する図を示した。本実施形態では、映像源モジュール５１及び面光源装置６０を有し、第一の実施形態に示した面光源装置１０に対して、反射板６１がさらに設けられている点で異なる。他の構成については第一の実施形態と共通する。従って同じ符号を示すとともに説明は省略する。

反射板６１は、光を反射することが可能な部材であり、偏向素子１２より上方で偏向素子１２より背面側（観察者側より反対側）に配置される。反射板６１は光を反射することができるものであれば特に限定されることはなく、公知の反射板を用いることができる。

反射板６１を設けることにより、図９にＬ１３で示したように、偏向素子１２から背面方向に出射した光を偏向光学シート１３側に向かわせることができ、さらなる光源光の利用効率向上を図ることができる。

なお、図９にαで示したように、反射板６１の観察者側への傾斜角度を適宜変更することにより、光路を調整することも可能である。

図１０は第三の実施形態を説明するための図である。図１０は図２に相当する図である。本実施形態における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。

映像源モジュール１０１は面光源装置１１０と、該面光源装置１１０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。液晶表示パネル２０は第一の実施形態と共通するので同じ符号を付して説明を省略する。

面光源装置１１０は、光源１１、偏向素子１２、偏向光学シート１１３を備えている。また、偏向光学シート１１３は基材部１１４及びプリズム部１５を有している。本実施形態では、基材部１１４の構成、及び光拡散シート１７を具備しない点で第一の実施形態と異なる。従って、光源１１、偏向素子１２、及びプリズム部１５は第一の実施形態と共通するので、同じ符号を付すとともに説明は省略する。

基材部１１４はプリズム部１５の基材となる機能、及びプリズム部１５から出光した光を拡散させて、プリズム部１５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の角度輝度分布を広げ、視野角をある程度拡大する機能を有する部材である。基材部１１４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。主部はプリズム部１５の変形を防止して支持できるように構成されている。かかる観点から、主部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。一方、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、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。具体的には、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、シリコーン樹脂等の透明物質からなる粒子を挙げることができる。

また、基材部１１４の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もよい他の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１１０を他の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。

以上の説明及び図２と図１０との対比からもわかるように、本実施形態では、偏向光学シート１１３の基材部１１４が光拡散の機能を有するため、第一の実施形態で示した光拡散シート１７を必要としない。これにより、第一の実施形態で説明した効果に加え、さらに面光源装置を薄く、軽量にすることができる。

このような偏向光学シート１１３は押し出し成型により、または、基材部１１４の上にプリズム部１５を賦型又は貼付することにより、製造することができる。押し出し成型で製造された偏向光学シート１１３では、基材部１１４とプリズム部１５とが一体的に形成され得る。このときにはプリズム部１５にも光散乱剤が含有されるが、そのような態様でもよい。また、賦型又は貼付によって偏向光学シート１１３を製造する場合にはプリズム部１５をなす材料と基材部１１４を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。

図１１は第四の実施形態を説明するための図である。図１１は表示装置に含まれる映像源モジュール１５１の構成を概略的に示す斜視図で、図２に相当する図である。また、図１２には図１１の一部を拡大した図を示した。

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１５１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。

映像源モジュール１５１は面光源装置１６０と、該面光源装置１６０の観察者側に備えられる液晶セル２１及び上偏光板２２と、を有している。面光源装置１６０は液晶セル２１を背面側（観察者とは反対側）から照明する装置である。

面光源装置１６０は、光源１１、偏向素子１２、偏向光学シート１６３、及び偏光子１６５を備えている。また、偏向光学シート１６３は基材部１６４及びプリズム部１５を有している。本実施施形態では、光源１１、偏向素子１２及びプリズム部１５は第一の実施形態と共通するので、同じ符号を付すとともに説明は省略する。

基材部１６４は、その一方側の面（光源１１側の面）にプリズム部１５が賦型又は貼付され、他方側の面に偏光子１６５が貼付されて積層されるフィルム状の部材である。すなわち、基材部１６４は、プリズム部１５の変形を防止して支持することができるように機能するとともに、偏光子１６５を支持、保護することができる層としても機能する。かかる観点から基材部１６４（後述する主部１６４ａ）を構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。

これに加え、本実施形態では基材部１６４は、図１２からわかるように、透光性を有する主部１６４ａ内に光散乱剤（光拡散性粒子）１６４ｂが分散されて構成されている。主部１６４ａは上記した通り、プリズム部１５の変形を防止して支持することができるように機能するとともに、偏光子１６５を支持、保護することができる層としても機能する。一方、光散乱剤１６４ｂは、主部１６４ａ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１６４ｂの光拡散機能（光散乱機能）を発揮するため、例えば、主部１６４ａをなす材料とは異なる屈折率を有した材料を用いることができる。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。具体的には、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。
これにより、基材部１６４が光拡散機能を奏するので別に光拡散層を設ける必要がなく、さらに層構成の簡素化を図ることが可能となる。

偏光子１６５は、液晶表示パネルの下偏光板の偏光子と同じ機能を有するものであり、偏光子１６５は下偏光板の偏光子として適用されるものを用いることができる。具体例としては、ポリビニル系フィルムを基材とした偏光子を挙げることができる。これは、ポリビニルアルコール系フィルムにヨウ素や染料等の二色性色素を吸着あるいは染色させ、その後、一軸延伸して配向させることによって、光の吸収異方性をポリビニルアルコール系フィルムに付与させ得る。

基材部１６４と偏光子１６５とは直接積層されていてもよいし、不図示の接着層により密着性が高められて積層されていてもよい。

本実施形態によれば、図１１からわかるように、光源側１１側から観察者側に向けて光源１１、偏向素子１２、プリズム部１５、基材部１６４、偏光子１６５、液晶セル２１、及び上偏光板２２の順で積層される構成である。すなわち、面光源装置１６０に下偏光板の機能も備えているので、層構成の簡素化を図ることができる。さらには基材部１６４は光拡散機能も有するので、かかる観点からも層構成の簡素化を図ることが可能である。

本実施形態の基材部１６４は、押し出し法により例えば次のように製造することができる。図１３に模式図を示した。まず、主部１６４ａとなる樹脂材料を、光散乱剤１６４ｂとなる粒状物とともに押し出し機４００に投入する。主部１６４ａとなる樹脂材料は押し出し機４００内でガラス転移点温度以上に加熱され、軟化した樹脂材料が押し出し機４００から押し出される。この際、押し出し機４００に設けられた金型（ダイ）により所定の形状に制御される。押し出し機４００から押し出された材料４０１は、成形ロール４０２とバックアップ手段４０３との間に進む。さらに、ここで材料４０１はバックアップ手段４０３の無縁ベルト４０３ａによって支持された状態で成形ロール４０２により押圧され、厚さが調整される。ここで無縁ベルト４０３ａは熱容量が小さいので、材料４０１に接触した後、再度接触するまでに無縁ベルト４０３ａは冷え、これがまた材料４０１に接触する。この作用により材料４０１がガラス転移点温度以下の温度にまで冷却される。その後さらに冷却されることにより材料４０１が硬化し、剥離ロール４０４により剥離する。

図１４、図１５は第五の実施形態を説明するための図である。図１４は本実施形態における図２に相当する図である。図１５は基材部２１４の一部を拡大して示した図である。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２０１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。

映像源モジュール２０１は面光源装置２１０と、該面光源装置２１０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。液晶表示パネル２０は第一の実施形態と共通するので説明を省略する。

面光源装置２１０は、光源１１、偏向素子１２及び偏向光学シート２１３を備えている。また、偏向光学シート２１３は基材部２１４及びプリズム部１５を有している。本実施形態では、基材部２１４の構成、及び光拡散シート１７を具備しない点で第一の実施形態と異なる。従って、光源１１、偏向素子１２及びプリズム部１５は第一の実施形態と共通するので、同じ符号を付すとともに説明は省略する。

基材部２１４はプリズム部１５の基材となる機能、及びプリズム部１５から出光した光を拡散させて、プリズム部１５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の角度輝度分布を広げ、視野角をある程度拡大する機能を有する部材である。具体的には次の通りである。

基材部２１４は、図１４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る。すなわち、図１４に表れる断面において、略台形である透過部２１５と、隣り合う２つの透過部２１５間に形成された断面が略三角形の間部２１６と、を備えている。

透過部２１５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１４、図１５に表れる断面において、プリズム部１５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２１５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２１６が形成されている。従って、間部２１６は、透過部２１５の上底側に底辺を有し、透過部２１５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２１６が形成される。
なお、本実施形態では間部２１６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２１５の短い上底側に間部の長い下底が配置され、透過部２１５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２１６には透過部２１５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１５に実線矢印で示したように、プリズム部１５から基材部２１４に入射した光の一部は透過部２１５と間部２１６との界面に達する。透過部２１５と間部２１６とは上記したような屈折率差が設けられているので、界面に達した光は界面への入射角に応じて全反射する。さらに、透過部２１５及び間部２１６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ので、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。

また、基材部２１４の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もよい他の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２１０を他の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。

以上の説明及び図２と図１４との対比からもわかるように、本実施形態では、偏向光学シート２１３の基材部２１４が光拡散の機能を有するため、第一の実施形態で示した光拡散シート１７を必要としない。これにより、第一の実施形態で説明した効果に加え、さらに面光源装置を薄く、軽量に形成することができる。

図１６は第六の実施形態を説明するための図である。図１６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２５１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１１０、液晶表示パネル２０、及び視野角拡大部材２６０が備えられている。面光源装置１１０、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１１０に限られることなく、これまでに説明した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２６０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。具体的な構成は、透過部２６１及び間部２６２を有しており、上記した第五の実施形態における基材部２１４と共通する。従ってここでは説明を省略する。

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２５１及び表示装置を提供することが可能となる。

以下、実施例を説明する。実施例では、第一の実施形態で説明した偏向素子１２の形態の偏向素子におけるシミュレーションをおこなった。図１７には、図２に相当する図を示した。具体的には、次の通りである。すなわち、図１７に示した各部位を、Ｗ_１＝５ｍｍ、Ｗ_２＝１９．４ｍｍ、Ｈ_１＝３０．０ｍｍ、Ｈ_２＝３３．４ｍｍ、θ_ｃ＝１０７度、θ_ｄ＝９８度、θ_ｂ＝１０度、紙面奥／手前方向に１００ｍｍの長さで光学素子を製作した。光学素子の材質はアクリル樹脂である。

光源は白色のＬＥＤで、その大きさが幅（紙面左右方向の大きさ）１．６ｍｍ、長さ３．２ｍｍ（紙面奥／手前方向大きさ）、高さ（紙面上下方向大きさ）０．７ｍｍのものを用い、長さ方向に光学素子に沿って５ｍｍピッチで１９個配列した。

かかる光学素子において、表１に示したＬ１０１〜Ｌ１１０の光についてその光路を算出した。表１のβは図１７にも表したように、入光面の垂線に対して光が光学素子中を進行する方向の成す角度であり、γは当該垂線に対して出光面を出た後に光が進行する方向の成す角度である。また表１において正の角度は垂線に対して紙面右側、負の角度は紙面左側への傾きを意味する。

表１からわかるように、βが８０．０度、−１０．０度であるＬ１０６、Ｌ１０７以外は、γが正方向であり、５度〜４４度の範囲となっている。γが５度〜４４度の範囲であることは、出光面から出射光が偏向光学シートへ向かい、光を有効に利用することができることを意味し、光の利用効率を向上させることが可能である。

さらに、当該実施例の偏向素子に加え、図９に表した反射手段を設ける態様とし、上記したＬ１０１〜Ｌ１１０よりも多数の光について光路を調べたところ（反射手段の高さ２００ｍｍ、長さ１００ｍｍ）、偏向光学シートへ向かう光がさらに１０％増加した。

１ 映像源モジュール
１０ 面光源装置
１１ 光源
１２ 偏向素子
１３ 偏向光学シート
１４ 基材部
１５ プリズム部
１５ａ 単位プリズム
１５ｂ 入射面
１５ｃ 全反射面
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 (9)

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光させて偏向して出射する偏向素子と、前記偏向素子から出射された光を直接入射し、偏向して出射する偏向光学シートと、を有し、
   前記偏向素子は、透光性を有し、側面に少なくとも４つの面を有する柱状の部材であり、
   前記側面のうちの１つで、前記光源からの光を入光する入光面と、
   前記側面のうちの他の１つで、前記入光面の反対側に具備され、前記偏向光学シート側に向かうにつれ前記光源から離隔するように傾き、前記入光した光を出光する出光面と、
   前記側面のうちの前記入光面及び前記出光面以外の面であり、前記光源からの光の少なくとも一部を反射して前記出光面に向けて光を偏向可能な反射面と、を有し、
   前記入光面と前記出光面とは、平行でない、
   面光源装置。
2. 前記偏向素子のうち、前記入光面と前記出光面とは５度以上２０度以下の角度を有している請求項１に記載の面光源装置。
3. 前記偏向素子は柱状の軸方向とは直交する方向の断面において、前記入光面と前記出光面とはその長さが異なり、複数の前記反射面は互いに平行でない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. 前記入光面と前記反射面とは９０度以上１２０度以下の角度を有し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. 前記反射面が曲面である部位を含むことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の面光源装置。
6. 前記偏向素子から出射した光の一部を反射して前記偏向光学シートに向けて反射可能に反射板を有する請求項１〜５のいずれか一項に記載の面光源装置。
7. 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有し、
   前記単位プリズムは前記偏向素子からの光を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、
   各前記単位プリズムは直線状に延びるとともに、前記複数の単位プリズムは前記延びる方向とは異なる方向に並列され、
   前記偏向素子は、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する、請求項１〜６のいずれか一項に記載の面光源装置。
8. 請求項１〜７に記載の面光源装置、及び該面光源装置のうち前記光源とは反対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。
9. 請求項８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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