JP5712738B2 - 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。

このようなエッジライト型の面光源装置として特許文献１のような技術がある。特許文献１に記載の面光源装置では、偏向光学シートの側方から偏向光学シートに備えられたプリズム部に向けて光源の光を斜めから直接照射する。これによれば、光源からの光を効率よく利用することができる。

特願２０１０−２５３７２６

特許文献１に記載の面光源装置では、上記したように光の利用効率を向上させることができた。また、いわゆる導光板を必要としないので、軽量化や製造コストの削減等も可能であった。

ところが、このような面光源装置において、場合によってその照射面内に輝度ムラを生じることがあった。「輝度ムラ」とは光の照射面内で部分的に輝度の差（明暗）が生じる状態である。このような輝度ムラは視覚的に問題のならない程度に抑制されていれば良いが、できるだけ抑えることが好ましく、視覚的に問題となる場合には抑制することが必須である。

また、このような面光源装置を用いた表示装置においては特別な輝度分布とすること、例えば大型液晶画面において表示部中心部の輝度を表示部周辺部より高くするような調整が困難であった。

そこで本発明は、光の利用効率を向上するとともに、輝度ムラを抑制することが可能な面光源装置、又は所望の面内輝度分布パターンを持たせることが可能な面光源装置を提供する。また、この面光源装置を備える映像源モジュール、及び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、光源からの光を入射し、偏向して出射する偏向光学シートと、偏向光学シートに対して所定の間隔を有して対向して配置され、光源からの光を入射する偏向光学シートに対向する面、及び、光を入射する面と同一面であり偏向光学シートへ光を出射する面、を有する透光性の部材である導光層と、導光層のうち光を出射する面とは反対側の面側に配置された反射層と、を備え、偏向光学シートは、光源が配置され、導光層に対向する側に、複数の単位プリズムが配列されたプリズム部又は複数の単位レンズが配列されたレンズ部を有し、単位プリズム又は単位レンズは光源からの光を単位プリズム内又は単位レンズ内に入射させる面と、入射させる面から入射した光を反射する面と、を具備し、導光層は入射した光の少なくとも一部をその内部で全反射させることにより該光を光源から離隔する方向に導光すると共に所望の位置から出射させ、光源は、出射される光の少なくとも一部を導光層とプリズム部又はレンズ部との間に出射することにより、直接プリズム部又はレンズ部の単位プリズム又は単位レンズが配列される方向の全域に亘って傾斜した光を出射する、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を意味する。

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、偏向光学シートは、プリズム部又はレンズ部のうち、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３に記載の発明は、請求項２に記載の面光源装置において、基材部のうちプリズム部又はレンズ部が設けられた側とは反対側の面は平坦面であることを特徴とする。
ここで「平坦面」とは、この面に同様の平坦面を有する層を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。さらに好ましくは、該平坦面は、これに入射する光（線）の拡散作用が実質的に無視し得る程度の平坦さとする。この場合は、具体的には、十点平均粗さＲｚは可視光線の最小波長である３８０ｎｍ未満とすれば良い。以下「平坦面」について同様である。

請求項４に記載の発明は、請求項２又は３に記載の面光源装置において、基材部のうちプリズム部又はレンズ部が設けられた側とは反対側に光を拡散可能なシートが積層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、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し、映像源モジュールの液晶表示パネルを観察者側に向けて配置した液晶表示装置である。

本発明によれば、光源光の高い利用効率を有しつつ、輝度ムラを抑制することができる。

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。図において右側が表示装置の観察者側である。 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。 図１に矢印ＩＩＩで示した方向から見た図である。 第一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。 導光層の変形例を説明する図である。 輝度ムラ抑制に関する説明をする図である。 第二の実施形態を説明する図である。 第三の実施形態を説明する図で、図２と同じ視点の図である。 第四の実施形態を説明する図で、図２と同じ視点の図である。 図９の一部を拡大して示した図である。 第四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。 第五の実施形態を説明する図で、図２と同じ視点の図である。

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。また、当該光路例は光の主たる進行方向を示すもので、実際には広がりを有して照射されている。

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の図である。図１、図２では紙面右が観察者側となる。従って図３は観察者側とは反対側から偏向光学シート１２、光源１１を見た図である。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、光分配シート１５、及び光拡散シート１８を備えている。ここで光分配シート１５は、導光層１６及び反射層１７を有して形成されている。

光源１１は、偏向光学シート１２と光分配シート１５との間に光を照射可能とされ、その少なくとも一部の光を直接偏向光学シート１２に向けて出射し、該偏向光学シート１２に対して斜め下方から偏向光学シート１２の上下方向全域に亘って光を投射する装置である。一方で、光源１１はその一部の光を光分配シート１５に向けて出射する。このような光源１１の発光源としては、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適用することができる。ＬＥＤや白熱電球の場合には、図１、図３からわかるように、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、図３の紙面左右方向）に配列されている。蛍光管の場合には、図示は省略するが当該配列方向を長手方向とするように配置される。
そして、図１からわかるように、光源１１は偏向光学シート１２のプリズム部１４に具備される単位プリズム１４ａ、及び光分配シート１５の導光層１６に対して傾斜するように光を出射する。詳しくは後で光路例とともに説明する。

偏向光学シート１２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、その光を液晶表示パネル２０の法線方向に近づけるように偏向・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。

基材部１３はプリズム部１４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１４の変形を防止できるように支持する。

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１４ａ内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反射面１４ｃを構成している。入射面１４ｂは光源１１に面した側の面、反射面１４ｃ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１４ａは単位光源１１ａが配列される方向、又は蛍光管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１４ａは、この延びる方向に直交する方向に配列されている。

基材部１３、プリズム部１４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、耐衝撃性、安定性及び加工性等を有するとともに軽量で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。ただし、耐衝撃性や軽量性よりも耐熱性、剛性、耐薬品性等の性能の方を求める場合は、ソーダ硝子、カリ硝子、硼珪酸硝子、鉛硝子等の硝子、石英、螢石、又はＰＬＺＴ等の透明セラミックス等の透明無機物を用いる。

上記したように偏向光学シート１２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、光を偏向させるとともに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、図２に表したように、ある単位プリズム１４ａに入射する光（ここでは例として光路例Ｌ１２とする。）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１４ａ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１４ａの入射面１４ｂと反射面１４ｃとが成す角である頂角をλ、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、反射面１４ｃ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１４ａ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１４ａの形状も同じとしてもよい。

ここでθ_１は、単位光源１１ａにより、適切にプリズム部１４の全面に亘って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は押し出し成型により、または、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。押し出し成型で製造された偏向光学シート１２では、基材部１３とプリズム部１４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１２を製造する場合にはプリズム部１４をなす材料と基材部１３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１２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１２を製造する際、図４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１４を形成する。具体的には次の通りである。プリズム部１４を形成するには、所定のピッチでプリズム部１４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４に示した矢印ＩＶ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によって基材１３’越しに、組成物３０４に光を照射し、組成物３０４を硬化させ、プリズム部１４を形成することができる。プリズム部１４が形成された後、このシートは、剥離ロール３０７を用い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３に戻り光分配シート１５について説明する。光分配シート１５は、光源１１から出射された光の一部をその内部に入光させ、反射や拡散させることにより光を誘導するとともに、輝度ムラを低減した光を偏向光学シート１２に向けて出射させる機能を有する。光分配シート１５は、偏向光学シート１２のプリズム部１４側に、該プリズム部１４と所定の間隔を有して対向するように配置されている。

上記したように、光分配シート１５は導光層１６と反射層１７とを備えている。

導光層１６は、図１、図２からわかるように偏向光学シート１２のプリズム部１４に、所定の間隙を有して対向するように設けられた透光性を有する層である。導光層１６は、公知の導光板と同様の考え方で構成することができる。すなわち、光源１１から導光層１６に入射した光を光源１１から離隔した方向（導光方向）に導きつつ、少しずつ偏向光学シート１２に面した面から光を出射する。そのために導光層１６に備えられるべき構成は、上記した機能を奏するものであれば特に限定されることはないが、各種傾斜面や光拡散手段、例えば反射ドット等を挙げることができる。これらの光を出射させる構造を導光層の表面又は裏面の所定の位置に設けることにより、面光源の面内輝度分布のムラ解消や所望の面内輝度分布パターンを得ることが可能になる。

図５には、導光層１６の変形例を２つ示した。図５（ａ）が第一変形例の導光層１６’、図５（ｂ）が第二変形例の導光層１６”である。いずれの図も図２と同じ視点から導光層１６’、１６”のみに注目して表した図である。
図５（ａ）に表した導光層１６’は、反射層１７が配置される側のうち、光源１１に近い側の一定区間に光を導光する手段１６’ａを設けた例である。具体的には図５（ａ）に示したような傾斜面を備えた例を挙げることができる。この傾斜面はここで反射した光の向きを偏向し、その向きを導光層１６’と空気との界面で全反射可能とさせ、光を導光方向（図５（ａ）の上方）に導く機能を有する。これにより導光層１６’のうち、偏向光学シート１２に対向する面から入射した光を効率良く導光方向に導くことができる。また本例では導光する手段１６’ａが備えられた以外の部位には光を導光層１６’から出射させるための傾斜面１６’ｂを有する。この傾斜面１６’ｂによれば、傾斜面１６’ｂで反射した光は導光層１６’の出光面の法線に近づけられるように偏向され、導光層１６’と空気との界面で反射することなく導光層１６’から出射される。図５’（ａ）に光路例Ｌ１８を示した。光路例Ｌ１８からわかるように、導光層１６’に入射した光は傾斜面１６’ａにより導光方向に近づけられるように偏向して反射されて導光される。そして、傾斜面１６’ｂにより出光面の法線に近づけられるように偏向されて導光層１６’から出光される。

図５（ｂ）に表した導光層１６”では、偏向光学シート１２に対向する面と光源１１側の端面とが形成する角部が面取り状に切り欠かれ、入光面１６”ａが形成されている。当該入光面１６”ａにより、図５（ｂ）に光路例Ｌ１９で示したように、効率良く光源１１からの光を導光層１６”内へ導くことができる。これによりさらに光源１１からの光を導光方向に導き易くなる。

図１〜図３に戻り反射層１７について説明する。反射層１７は、導光層１６のうち、偏向光学シート１２に対向しない面側に配置され、導光層１６との間に所定の間隔を有して設けられた層であり、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。反射層１７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。

次に光拡散シート１８について説明する。光拡散シート１８は、偏向光学シート１２から出光した光を拡散させて、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１８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、安定性及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１８は偏向光学シート１２の基材部１３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１８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。

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、光源１１からの光がプリズム部１４に対してどのように照射されるかについてを含め、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には光源１１に含まれる１つの単位光源１１ａによる光路例Ｌ１１〜Ｌ１７を示した。

図２からわかるように単位光源１１ａは、偏向光学シート１２のプリズム部１４と光分配シート１５の導光層１６との間に光を照射し、プリズム部１４に対して斜め下方から垂直方向（単位プリズム１４ａが配列される方向）の全域に亘って傾斜するように直接に光を照射する。さらに単位光源１１ａは、導光層１６に向けて斜め下方から光を照射する。以下光路例を挙げて説明する。

単位光源１１ａから出射した光Ｌ１１は、最も下部に配置された単位プリズム１４ａに傾斜するように入射面１４ｂから入射する。入射面１４ｂから偏向光学シート１２に入射した光は、反射面１４ｃ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１２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１４ａの形状を、偏向光学シート１２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。

単位光源１１ａから出射した光Ｌ１２は、最も上部に配置された単位プリズム１４ａに傾斜するように入射面１４ｂから入射する。入射面１４ｂから偏向光学シート１２に入射した光は、反射面１４ｃ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１２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１４ａの形状を、偏向光学シート１２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。

単位光源１１ａから出射した光Ｌ１３、Ｌ１４は、導光層１６のうち偏向光学シート１２に面する側の面から導光層１６内に入光する。導光層１６に入射した光は導光層１６や反射層１７に設けられた各手段に応じて、拡散反射や全反射が行われ、一部は光源１１から離隔する方向（導光方向）に進み、一部は図２にＬ１６で示したように導光層１６から偏向光学シート１２に向けて出射する。導光方向に進んだ光も、進みつつ導光層の出射構造によりＬ１６のように偏向光学シート１２に向けて出射される。

単位光源１１ａから出射した光Ｌ１５は、導光層１６のうち光源１１側に近い端面から導光層１６に入光する。このような光Ｌ１５も上記した光Ｌ１３、Ｌ１４と同様に導光層１６内を導光されつつ導光層の出射構造により光Ｌ１６のように偏向光学シート１２に向けて出射される。

単位光源１１ａから出射した光Ｌ１７は、導光層１６の面のうち、偏向光学シート１２に面した側の面で反射することにより、プリズム部１４に入射可能とされる（図２では見やすさのため間隙を大きくとっていることから、光Ｌ１７を延長してもプリズム部１４へは入光しないが、実際はこのような光もプリズム部１４に入射させることができる。）。すなわち、このような光も利用することができる。

一方、水平方向に関しては、図３に直線矢印で示したように複数の単位光源１１ａにより全範囲に光が照射される。光源が上記したような蛍光管であった場合には、蛍光管が水平方向に長いので同様に水平方向の全範囲に光を照射することができる。

以上のように導光層１６から出射される光Ｌ１６は、偏向光学シート１２に供給され、液晶表示パネル２０に向けて出射される。導光層の出射構造の配置を、導光層が無い場合の輝度分布を補完するようなパターンとすることにより、面光源表面から出射する光の輝度ムラを低減することができる。一方、光Ｌ１１や光Ｌ１２を例に説明したように、光源１１から出射した大部分の光線は偏向光学シート１２に直接に照射されて偏向され、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できる。

すなわち、上記した特許文献１に記載したような面光源装置に比べて輝度ムラを抑制することができる。図６に輝度ムラが抑制された結果の例を示す。図６は横軸に正面輝度、縦軸に垂直方向の位置（図２における紙面上下方向位置）をとったグラフである。横軸の正面輝度は原点から離れる方向にしたがって観察者に出射される光の輝度が高くなることを意味し、縦軸の位置は原点が最も光源側で、原点から離れる方向が導光層の導光方向である。当該グラフにおいて破線が従来例（導光層なし）、実線が本発明の例（導光層あり）を表している。
このグラフからもわかるように、出光構造配置を適正化した導光層を設けることにより、特に下部（光源に近い側）、及び上部（光源から遠い側）において輝度の向上が図られている。その結果、導光方向全体において輝度分布が均一化され、輝度ムラが抑制されている。

一方、従来からよく知られている面光源装置に備えられる導光板は、光源からの光を導光板内に入射させ、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なので、光の利用効率が低くなってしまう。またこのような導光板では、光源から出射された光が入光面としての導光板の端面で反射し、再び光源側に戻る光があるので、かかる観点からも光の利用効率が低下してしまう。
さらに、従来の導光板は光源からの光のほとんどを入射させる必要があるため、厚さが３ｍｍ〜４ｍｍであったが、本発明の導光層は３００μｍ〜４００μｍ程度でも十分にその効果を奏するものとなる。

偏向光学シート１２から出射した光は光拡散シート１８を透過して出光する。光拡散シート１８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。そして面光源装置１０を出射した光が液晶表示パネル２０に提供される。

また、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。

以上説明した実施形態では、偏向光学シート１２と光分配シート１５との間隙に対して一方側に配置された光源１１により照明しているが、光源１１とは対向するように上方にさらに光源を設けて上方から当該間隙に照明してもよい。これによりさらに輝度ムラを抑制することが可能となる。なお、この場合にはプリズム部１４の単位プリズム１４ａにおいて、上方の光源に対しては入射面１４ｂが反射面として機能し、反射面１４ｃが入射面として機能する。

図７は第二の実施形態について説明する図である。図７（ｂ）に示した図は図３に相当する図であり、図７（ａ）に示した図は図７（ｂ）にＶＩＩ−ＶＩＩで示した線に沿った面光源装置３０の断面うち、光源３１、偏向光学シート３２、光分配シート１５を表した図である。
本実施形態でも第一の実施形態と同様に光拡散シート１８や液晶表示パネル２０を備えているが、第一の実施形態と共通するのでここでは図示及び説明を省略する。

面光源装置３０は、光源３１、偏向光学シート３２、及び光分配シート１５を備えている。ここで光分配シート１５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は省略する。

光源３１は、偏向光学シート３２と光分配シート１５との間に光を照射し、当該偏向光学シート３２及び光分配シート１５に対して斜め下方から光を投射する装置である。光源３１は発光源として１つの単位光源３１ａを具備している。単位光源３１ａとしては、ＬＥＤ（発光ダイオード）や白熱電球を挙げることができる。
より具体的には、図７（ａ）、図７（ｂ）からわかるように、光源３１は、偏向光学シート３２のプリズム部３４に具備される単位プリズム３４ａ、及び光分配シート１５に対して傾斜するように光を出射する。

偏向光学シート３２は、背面側に配置された光源３１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７（ａ）に良く表れているように、偏向光学シート３２は基材部１３及びプリズム部３４を具備し、プリズム部３４には複数の単位プリズム３４ａが設けられている。基材部１３は、第一の実施形態で説明した基材部１３と共通するのでここでは説明を省略する。

プリズム部３４は、複数の単位プリズム３４ａを有してなる部位である。各単位プリズム３４ａ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３４ａ内に光を入射させる入射面３４ｂ及び入射した光を全反射する反射面３４ｃを構成している。入射面３４ｂは光源３１に面した側の面、反射面３４ｃはそれとは反対側の面である。また、図７（ｂ）からわかるように、本実施形態では各単位プリズム３４ａは円弧状に延び、複数の単位プリズム３４ａは、偏向光学シート３２のシート面より下方で、シート左右方向の中央に存する中心を基準にして同心円状に並べられている。

プリズム部３４をなす材料や、各単位プリズム３４ａの機能及び考えられる形状は上記した第一の実施形態のプリズム部１４に共通するので、ここでは説明を省略する。

このような偏向光学シート３２は基材部１３の上にプリズム部３４を賦型又は貼付することにより製造することができる。このときには、プリズム部３４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。

次に、光源３１からの光がプリズム部３４に対してどのように照射されるかについてを含め、面光源装置３０に注目した映像源モジュール及び表示装置の作用について説明する。図７（ａ）には単位光源３１ａによる光路例Ｌ２１〜Ｌ２７を示した。

図７（ａ）からわかるように単位光源３１ａは、偏向光学シート３２のプリズム部３４と光分配シート１５の導光層１６との間に光を照射し、プリズム部３４に対して斜め下方から単位プリズム３４ａが配列される方向の全域に亘って傾斜するように光を照射する。さらに単位光源３１ａは、導光層１６に向けて斜め下方から傾斜した光を照射する。以下具体例を挙げて説明する。

単位光源３１ａから出射した光Ｌ２１は、最も下部に配置された単位プリズム３４ａに傾斜するように入射面３４ｂから入射する。入射面３４ｂから偏向光学シート３２に入射した光は、反射面３４ｃ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３２から出射される。このとき各単位プリズム３４ａの形状を、偏向光学シート３２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。

単位光源３１ａから出射した光Ｌ２２は、最も上部に配置された単位プリズム３４ａに傾斜するように入射面３４ｂから入射する。入射面３４ｂから偏向光学シート３２に入射した光は、反射面３４ｃ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３２から出射される。このとき各単位プリズム３４ａの形状を、偏向光学シート３２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。

単位光源３１ａから出射した光Ｌ２３、Ｌ２４は、導光層１６のうち偏向光学シート３２に面する側の面から導光層１６内に入光する。導光層１６に入射した光は導光層１６や反射層１７に設けられた各手段に応じて、拡散反射や全反射が行われ、一部は光源３１から離隔する方向（導光方向）に進み、一部は図７（ａ）にＬ２６で示したように導光層１６から偏向光学シート３２に向けて出射する。導光方向に進んだ光も、進みつつ導光層の出射構造によりＬ２６のように偏向光学シート３２に向けて出射される。

単位光源３１ａから出射した光Ｌ２５は、導光層１６のうち光源３１側に近い端面から導光層１６に入光する。このような光Ｌ２５も上記した光Ｌ２３、Ｌ２４と同様に導光層１６内を導光されつつ導光層の出射構造により光Ｌ２６のように偏向光学シート３２に向けて出射される。

単位光源３１ａから出射した光Ｌ２７は、導光層１６の面のうち、偏向光学シート３２に面した側の面で反射することにより、プリズム部３４に入射可能される（図７（ａ）では見やすさのため間隙を大きくとっていることから、光Ｌ２７を延長してもプリズム部３４へは入光しないが、実際はこのような光もプリズム部３４に入射させることができる。）。すなわち、このような光も利用することができる。

一方、水平方向に関しては、図７（ｂ）に直線の破線矢印で示したように放射状に広がる単位光源３１ａにより全範囲に光が照射される。

このような面光源装置３０によっても第一の実施形態と同様の効果を奏するものとなる。

図８は第三の実施形態を説明するための図である。図８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。

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、偏向光学シート１１２、光分配シート１５を備えている。また、偏向光学シート１１２は基材部１１３及びプリズム部１４を有している。本実施形態では、基材部１１３の構成、及び光拡散シート１８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、プリズム部１４、及び光分配シート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１１３はプリズム部１４の基材となる機能、及びプリズム部１４から出光した光を拡散させて、プリズム部１４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１１３は、透光性を有する主部内の全部又は一部に光散乱剤（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１４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、用いることができる。

また、基材部１１３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。

以上の説明及び図２と図８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１１２の基材部１１３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１８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１１２は押し出し成型により、または、基材部１１３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。押し出し成型で製造された偏向光学シート１１２では、基材部１１３とプリズム部１４とが一体的に形成され得る。このときにはプリズム部１４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１１２を製造する場合にはプリズム部１４をなす材料と基材部１１３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９は第四の実施形態を説明するための図である。図９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１０には図９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、偏向光学シート１６２、光分配シート１５及び偏光子１６４を備えている。また、偏向光学シート１６２は基材部１６３及びプリズム部１４を有している。本実施形態では、光源１１、プリズム部１４、及び光分配シート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１６３は、その一方側の面（光源１１側の面）にプリズム部１４が賦型又は貼付され、他方側の面に偏光子１６４が貼付されて積層されるシート状の部材である。すなわち、基材部１６３は、プリズム部１４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１６４を支持、保護することができる層としても機能する。従って、基材部１６３により液晶表示パネルの下偏光板としての機能も有する。すなわち、層構成の簡素化を図ることが可能となる。このような観点から基材部１６３（後述する主部１６３ａ）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１６３は、図１０からわかるように、透光性を有する主部１６３ａ内に光散乱剤（光拡散性粒子）１６３ｂが分散されて構成されている。主部１６３ａは上記した通り、プリズム部１４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１６４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１６３ｂは、主部１６３ａ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１６３ｂの光拡散機能（光散乱機能）を発揮するため、例えば、主部１６３ａ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、用いることができる。
これにより、基材部１６３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１６４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１６４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れ得る。

基材部１６３と偏光子１６４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９からわかるように、観察者側に向けて光分配シート１５、光源１１、プリズム部１４、基材部１６３、偏光子１６４、液晶セル２１、及び上偏光板２２の順で構成されている。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１６３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１６３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１１に模式図を示した。まず、主部１６３ａとなる樹脂材料を、光散乱剤１６３ｂとなる粒状物とともに押し出し機４００に投入する。主部１６３ａ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。

また、本実施形態には、さらにいわゆるマット層を積層させてもよい。マット層とは、母材中に微小な粒子を混入させ、当該粒子を母材表面から突出させることにより粗面を形成する層である。このようなマット層としては公知のものを適用することが可能である。これにより面光源装置から出光する光を所望のものに制御することができる。このようなマット層は、基材部１６３と偏向子１６４との間や、プリズム部１４と基材部１６３との間に設けることができる。

図１２は第五の実施形態を説明するための図である。図１２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。

本実施形態では、面光源装置１１０、液晶表示パネル２０、及び光制御部材２１０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もここに適用することができる。

光制御部材２１０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、光を偏向して制御する機能を有する層である。具体的な構成は、透過部２１１及び間部２１２を有している。

透過部２１１は、図１２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１２に表れる断面において、略台形である透過部２１１を有し、隣り合う２つの透過部２１１間に断面が略三角形の間部２１２が形成されている。

透過部２１１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１２に表れる断面において、プリズム部１４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２１１は、シート面に沿って所定の間隔で配列されるとともに、その間には、略三角形断面を有する間部２１２が形成されている。従って、間部２１２は、透過部２１１の上底側に底辺を有し、透過部２１１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２１２が形成される。
なお、本実施形態では間部２１２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２１１の短い上底側に間部の長い下底が配置され、透過部２１１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２１２と透過部２１１とを屈折率が異なる材料で形成することにより、間部２１２と透過部２１１との界面で生じる反射を利用することができ、光の制御をすることが可能となる。

以上説明した各実施形態では、偏向光学シートに単位プリズムを備えるプリズム部を例示して説明した。ただし偏向光学シートには単位プリズムの代わりに曲面を有する単位レンズが適用されてもよい。この場合には、単位レンズが上記実施形態で示したように配列されることによりレンズ部が形成される。このようなレンズ部を備える偏向光学シートを用いても上記と同様の効果を奏するものとなる。

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
１４ｂ 入射面
１４ｃ 反射面
１５ 光分配シート
１６ 導光層
１７ 反射層
１８ 光拡散シート
２０ 液晶表示パネル
３０ 面光源装置
１０１ 映像源モジュール
１１０ 面光源装置
１５１ 映像源モジュール
１６０ 面光源装置
２０１ 映像源モジュール
２１０ 光制御部材

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、
   前記偏向光学シートに対して所定の間隔を有して対向して配置され、前記光源からの光を入射する前記偏向光学シートに対向する面、及び、光を入射する前記面と同一面であり前記偏向光学シートへ光を出射する面、を有する透光性の部材である導光層と、
   前記導光層のうち前記光を出射する面とは反対側の面側に配置された反射層と、を備え、
   前記偏向光学シートは、前記光源が配置され、前記導光層に対向する側に、複数の単位プリズムが配列されたプリズム部又は複数の単位レンズが配列されたレンズ部を有し、
   前記単位プリズム又は前記単位レンズは前記光源からの光を前記単位プリズム内又は前記単位レンズ内に入射させる面と、前記入射させる面から入射した光を反射する面と、を具備し、
   前記導光層は入射した光の少なくとも一部をその内部で全反射させることにより該光を前記光源から離隔する方向に導光すると共に所望の位置から出射させ、
   前記光源は、出射される光の少なくとも一部を前記導光層と前記プリズム部又は前記レンズ部との間に出射することにより、直接前記プリズム部又は前記レンズ部の前記単位プリズム又は前記単位レンズが配列される方向の全域に亘って傾斜した光を出射する、面光源装置。
2. 前記偏向光学シートは、前記プリズム部又は前記レンズ部のうち、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. 前記基材部のうち前記プリズム部又は前記レンズ部が設けられた側とは反対側の面は平坦面であることを特徴とする請求項２に記載の面光源装置。
4. 前記基材部のうち前記プリズム部又は前記レンズ部が設けられた側とは反対側に光を拡散可能なシートが積層されていることを特徴とする請求項２又は３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、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。
6. 請求項５に記載の映像源モジュールを具備し、前記映像源モジュールの前記液晶表示パネルを観察者側に向けて配置した液晶表示装置。

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