JP6544198B2

JP6544198B2 - 面光源装置、映像源ユニット

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Publication number: JP6544198B2
Application number: JP2015209647A
Authority: JP
Inventors: 宏幸冨田
Original assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Current assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Priority date: 2015-10-26
Filing date: 2015-10-26
Publication date: 2019-07-17
Anticipated expiration: 2035-10-26
Also published as: JP2017084516A

Description

本発明は、表示装置の照明として機能する面光源装置、及び該面光源装置を備える映像源ユニットに関する。

液晶テレビ、車載用ディスプレイ等の液晶表示装置には、光源、及び該光源から出射される光の質を高めて観察者に提供するための各種機能を有する複数の層からなる光学シートが備えられている。

このような光学シートでは、光学シートの複数の層間での摩擦や、光学シートが面光源装置を構成する導光板等の部材と隣接して配置されることで生じる摩擦が原因で、振動時に各層の表裏面や、光学シートの表裏面にキズが付くことがある。光学シートや光学シートを構成する層にキズが付くことを防ぐため、例えば特許文献１では、光学シートの一対の表面のうち、一方を光学要素面、他方を塗膜面とし、光学要素面と塗膜面との鉛筆硬度の差異を具体的に規定している。

特許第５１９６３３５号公報

しかしながら、特許文献１に記載されているような鉛筆硬度は、光吸収部と光透過部が交互に配置されているような光学シートについては考慮されたことがなかった。

そこで本発明は、光吸収部と光透過部が交互に配置されており、隣接して配置された部材にキズが生じることを防ぐことができる光学シートを備えた面光源装置を提供することを課題とする。またこの面光源装置を備える映像源ユニットを提供する。

以下、本発明について説明する。なお、ここでは本発明の理解を容易にするために添付図面の参照符号を括弧書きにて付記するが、それにより本発明が図示の形態に限定されるものではない。

請求項１に記載の発明は、光源（２５）と、光源の出光側に配置される反射型偏光板（３５）と、反射型偏光板の出光面側に配置される光学シート（３６）と、を備え、光学シートは、基材層（４１）と、基材層の層面に沿った方向に配置される複数の光透過部（３８）及び隣り合う光透過部間に配置される光吸収部（３９）を備える光学機能層（３７）と、光学機能層のうち基材層が形成されている側とは反対側の面に配置される粗面形成層（４２）と、を有し、反射型偏光板の層面のうち光学シートに対向する面をＰｍ、光学シートの層面のうち粗面形成層が形成されている面をＰｅとし、Ｐｍの鉛筆硬度をＨｍ、Ｐｅの鉛筆硬度をＨｅとしたとき、ＨｍとＨｅの差異が、ＪＩＳＫ５６００−５−４（１９９９年）に準拠して荷重７５０ｇ、速度１ｍｍ／ｓの条件で測定した鉛筆硬度で規定スケールの２単位以下である、面光源装置（２０）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（２０）と、面光源装置より出光面側に配置される液晶パネル（１５）とを備える、映像源ユニット（１０）である。

本発明によれば、振動時にも光学シートに隣接する部材にキズを生じさせることがなく、面光源装置の耐摩耗性を向上させることができる。

映像源ユニット１０の分解斜視図である。映像源ユニットの１０の断面（図１のＩＩ−ＩＩに沿った断面）を示す分解図である。導光板２１と光拡散層２６の一部を拡大した図である。プリズムシート３０の一部を拡大した図である。光学シート３６の一部を拡大した図である。

以下、本発明を図面に示す形態に基づき説明する。ただし、本発明はこれら形態に限定されるものではない。また、以下に示す各図では、理解しやすさのため部材の大きさや形状を誇張して記載することがあり、見易さのため、繰り返しとなる符号は省略することがある。

図１は１つの形態にかかる液晶表示装置に含まれる映像源ユニット１０を概念的に表した分解斜視図である。
液晶表示装置は、映像源ユニット１０を有しており、映像源ユニット１０に含まれる面光源装置２０から出射された白色の光源光が液晶パネル１５を透過して映像情報を得てから観察者側に提供される。液晶表示装置は不図示の筐体を備え、ここに映像源ユニット１０が内蔵される。筐体は液晶表示装置の外殻を形成し、液晶表示装置を構成する部材の大部分をその内側に収める部材である。また筐体は映像源ユニット１０を支持可能に開口を有しており、該開口に映像源ユニット１０が嵌め込まれて取り付けられている。その他、液晶表示装置には液晶表示装置として機能するための各種公知の構成部材が備えられている。

映像源ユニット１０は、液晶パネル１５、面光源装置２０、及び機能性シート４５を備えている。ここで図１では紙面上方が観察者側となる。

液晶パネル１５は、観察者側に配置された上偏光板１３、面光源装置２０側に配置された下偏光板１４、及び、上偏光板１３と下偏光板１４との間に配置された液晶層１２を有している。上偏光板１３、下偏光板１４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。

液晶層１２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層１２の配向は変化するようになる。面光源装置２０側（すなわち入光側）に配置された下偏光板１４を透過した特定方向の偏光成分（例えばＰ波）は、電界印加された液晶層１２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層１２を通過する際にその偏光方向を維持する。このため、液晶層１２への電界印加の有無によって、下偏光板１４を透過した特定方向の偏光成分（Ｐ波）が、下偏光板１４の出光側に配置された上偏光板１３をさらに透過するか、又は、上偏光板１３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パネル１５では、面光源装置２０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。液晶パネルにはその形式に様々なものがあるが、特に限定されることなく用いることができる。

次に面光源装置２０について説明する。図２には、図１にＩＩ−ＩＩで示した線に沿った面光源装置２０の厚さ方向（図１の紙面上下方向）断面図を示した。
面光源装置２０は、液晶パネル１５を挟んで観察者側とは反対側に配置され、液晶パネル１５に面状の光を出射する照明装置である。図１、図２よりわかるように、本形態では面光源装置２０は、エッジライト型の面光源装置として構成され、導光板２１、光源２５、光拡散層２６、プリズムシート３０、反射型偏光板３５、光学シート３６、及び反射シート４２を有している。

導光板２１は、図１、図２よりわかるように、基部２２及び裏面プリズム部２３を有している。導光板２１は透光性を有する材料により形成された全体として板状の部材であり、一方の板面側は出光面とされている。他方の板面側は裏面とされ、裏面プリズム部２３が形成されている。

基部２２及び裏面プリズム部２３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できる。これには例えば脂環式構造を有する重合体樹脂、メタクリル樹脂、ポリカーボネート、ポリスチレン、アクリロニトリル−スチレン共重合体、メタクリル酸メチル−スチレン共重合体、ＡＢＳ樹脂、ポリエーテルスルホン等の熱可塑性樹脂や、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。

基部２２は、裏面プリズム部２３のベースとなるとともにその内部を光が導光される部位で、そのため、基部２２は所定の厚さを有する板状である。

裏面プリズム部２３は、基部２２の裏面側（出光面とは反対側の板面）に形成される凹凸形状であり、図１、図２よりわかるように、本形態では三角柱状の複数の単位裏面プリズム２３ａが配置されている。単位裏面プリズム２３ａは、凸部の稜線が図１の紙面左右方向に延びる柱状であり、複数の単位裏面プリズム２３ａは当該延びる方向に直交する方向（導光方向）に所定のピッチで並べて配置されている。本形態の単位裏面プリズム２３ａは断面が三角形であるがこれに限定されることはなく、四角形や五角形等の多角形、半球状、球の一部、レンズ形状等いずれの形状であってもよい。

以上のような構成を有する導光板２１の寸法は、一例として、基部２２の厚さを０．２０ｍｍ以上６ｍｍ以下とすることができる。

以上のような構成を備える導光板２１は、押し出し成型により、又は、基部２２上に単位裏面プリズム２３ａを賦型することにより製造することができる。なお、押し出し成型で製造された導光板２１においては、基部２２に対して、裏面プリズム部２３が一体的に形成され得る。また、賦型によって導光板２１を製造する場合、裏面プリズム部２３が、基部２２と同一の樹脂材料であっても、異なる材料であってもよい。

図１、図２に戻って、光源２５について説明する。光源２５は、導光板２１の基部２２の２組の側面のうち、単位裏面プリズム２３ａが並べられる方向である長手方向両端となる一組の側面の一方又は両方に配置される（図１、図２は一方の例である。）。光源の種類は特に限定されるものではないが、線状の冷陰極管等の蛍光灯、点状のＬＥＤ（発光ダイオード）、又は白熱電球等の種々の態様で構成され得る。本形態では光源２５は複数のＬＥＤを具備してなり、不図示の制御装置によりＬＥＤの出力、すなわち、ＬＥＤの点灯、消灯、及び／又は、ＬＥＤの点灯時の明るさを制御する。複数のＬＥＤは全てまとめて制御されてもよいし、個別に制御できるものであってもよい。

次に光拡散層２６について説明する。図３に光拡散層２６と導光板２１の一部を拡大した図を示した。図３よりわかるように、本形態で光拡散層２６は、透光性樹脂層２７中に、該透光性樹脂層２７とは屈折率の異なる多数の光拡散粒子２８を含有させてなる層であり、透光性樹脂層２７の表面から光拡散粒子２８の一部が突出している。これにより光拡散層２６は、その表面が凹凸面に形成されている。

透光性樹脂層２７に用いられる樹脂としては、光拡散粒子２８の分散ができるとともに、該光拡散粒子２８を保持可能である光透過性の樹脂であれば特に制限なく適用可能である。このような樹脂としては、ポリアミド系樹脂、ポリウレタン系樹脂、ポリエステル系樹脂、アクリル系樹脂等の熱可塑性樹脂や、熱硬化性樹脂、活性エネルギー線硬化型樹脂（電離放射線硬化樹脂）等が挙げられる。

一方、光拡散粒子２８としては、アクリル−スチレン共重合体、ポリメチルメタクリレート、ポリスチレン、ポリウレタン、ベンゾグアナミン、及びメラミン等の架橋有機微粒子、シリコーン等の樹脂微粒子、並びにシリカ、アルミナ及びガラス等の無機系微粒子等を用いることができる。

なお、用いる光拡散粒子は１種類である必要はなく２種類以上を混合して用いてもよい。また、光拡散粒子２８の形状は、球形であってもよいし不定形であってもよい。さらに粒度分布が単分散、多分散のいずれでも良く、好適な条件を適宜選択すればよい。

本形態では光拡散層として光拡散粒子を用いた例を説明したが、これに限られることなく、微小凹凸面（いわゆるマット面）を有する層により光拡散層を形成してもよい。このような光拡散層は光拡散粒子を具備しておらず、表面に微小な凹凸が形成されており、その作製は微小な凹凸を有する型から転写する等、公知の方法を適用することができる。

次にプリズムシート３０について説明する。図１、図２よりわかるように、プリズムシート３０は、シート状に形成された本体部３１と、本体部３１の面のうち、光拡散層２６に対向する面、すなわち入光側面に設けられた単位プリズム部３２と、を備えている。

このプリズムシート３０は、後述するように、入光側から入射した光の進行方向を変化させて出光側から出射させ、正面方向（法線方向）の輝度を集中的に向上させる機能（集光機能）を有している。この集光機能は、主として、プリズムシート３０のうち、単位プリズム部３２によって発揮される。

図１、図２に示すように、本体部３１は、単位プリズム部３２を支持する機能を有する平板状のシート状部材である。図４にプリズムシート３０の一部を拡大した図を示した。

単位プリズム部３２は、図１、図２、図４によく表れているように、複数の単位プリズム３２ａが本体部３１の入光側面に沿って並べられるように配置されている。より具体的には、単位プリズム３２ａは、当該並べられる方向に直交する方向に、図２、図４に示した所定の断面形状を維持して稜線が延びるように形成された柱状の部材である。その稜線が延びる方向は、単位プリズム３２ａが並べられる方向に直交する他、上記した導光板２１の単位裏面プリズム２３ａが並べられる方向に対して８０°以上１００°以下の範囲でずれた方向である。より好ましくは８５°以上９５°以下である。従って、単位プリズム３２ａの稜線が延びる方向と単位裏面プリズム２３ａが並べられる方向とは表示装置を正面から見た場合に直交することもある。

また、単位プリズム３２ａの稜線が延びる方向である長手方向は、正面から観察した場合に、液晶パネル１５の下偏光板１４の透過軸と交差していることが好ましい。より好ましくは、プリズムシート３０の単位プリズム３２ａの長手方向は、液晶パネル１５の下偏光板１４の透過軸に対して、表示装置の表示面と平行な面（プリズムシート３０の本体部３１のシート面と平行な面）上で４５°より大きく１３５°より小さい角度で交差している。なお、ここでいう角度は、単位プリズム３２ａの長手方向と下偏光板１４の透過軸とによってなされる角度のうちの、小さい方の角度、すなわち、１８０°以下の角度のことを意味している。とりわけ、本形態においては、プリズムシート３０の単位プリズム３２ａの長手方向は、液晶パネル１５の下偏光板１４の透過軸に対して直交していることが好ましく、プリズムシート３０の単位プリズム３２ａが並べられる方向は、液晶パネル１５の下偏光板１４の透過軸と平行になっていることが好ましい。

次に単位プリズム３２ａの配置方向の断面形状について説明する。図４ではｎ_ｄは本体部３１のシート面の法線方向を表わしている。

図４からわかるように、本形態では、単位プリズム３２ａは、本体部３１から光拡散層２６側に突出した二等辺三角形の断面を有している。すなわち、本体部３１のシート面と平行な方向の単位プリズム３２ａの幅は、本体部３１の法線方向ｎ_ｄに沿って本体部３１から離れるにつれて小さくなる。

また、本形態では、単位プリズム３２ａの外輪郭は、本体部３１の法線方向ｎ_ｄと平行な軸を対称軸として、線対称となっており、断面が二等辺三角形である。これにより、プリズムシート３０の出光面における輝度は、単位プリズム３２ａの配置方向に平行な面において、正面方向を中心として対称的な輝度の角度分布を有するようになる。

ここで、単位プリズム３２ａの寸法は特に限定されるものではないが、単位プリズム３２ａの凸状である先端における頂角θ_５（図４参照）は８０°以下であることが好ましい。これにより導光板２１の出光面に対向して配置されるという単位プリズム３２ａの配置形態において、より適切な集光特性を得ることができる。より好ましい頂角θ_５は６０°以上８０°以下である。また、底辺幅ＷはピッチＰと同じであることが好ましい。そして隣り合う単位プリズム３２ａ間のピッチＰは１０μｍ以上とする。

本形態では上記のように断面形状が三角形である単位プリズムについて説明したが、これに限定されるものでなく、当該三角形の頂部が短い上底となる台形であってもよい。また斜面の一方及び／又は他方の形状が折れ線状や曲線であってもよい。従って断面の形状が四角形や五角形等の多角形となってもよい。

以上のような構成を具備するプリズムシート３０は、例えば本体部３１となる基材上の一方の面に単位プリズム部３２を賦型すればプリズムシート３０となる。
本体部３１及び単位プリズム部３２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。

ここで説明したプリズムシート３０では、単位プリズム部３２が本体部３１に直接積層されている例を説明したが、これに限られることなく、本体部３１と単位プリズム部３２との間に空気層が形成されるように離隔されていたり、他の機能層が挟まれていてもよい。

図１、図２に戻って、反射型偏光板３５について説明する。反射型偏光板３５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、下偏光板１４の透過軸と同じ方向）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）を反射させてリサイクルし、反射した偏光成分を反射型偏光板に透過する偏光成分（例えば、Ｐ波）に変換させることで、光源からの光の輝度を上昇させて光学シート３６に送るための部材である。反射型偏光板３５としては、公知の反射型偏光板を用いることができる。

次に光学シート３６について説明する。光学シート３６は光学機能層３７、基材層４１、及び粗面形成層４２を有して構成されている。以下にそれぞれについて説明する。

本形態の光学機能層３７は反射型偏光板３５から送られた光のうち、液晶パネル１５のパネル面の法線方向に近い向きに進む光を効率よく透過しつつ、当該法線方向に対して大きな角度を有して進む光を吸収する。これにより質の高い映像光を観察者に提供することができる。図５は光学シート３６に注目して一部を拡大して表した図である。

光学機能層３７は、図５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５に表れる断面において、略台形である光透過部３８と、隣り合う２つの光透過部３８間に形成された断面が略台形の、間部として機能する光吸収部３９と、を備えている。そして、図１、図２、図５からわかるように、本形態で光透過部３８及び光吸収部３９が延びる方向は上記したプリズムシート３０の単位プリズム３２ａが延びる方向と同じとされ、光透過部３８と光吸収部３９とが交互に並ぶ方向は複数の単位プリズム３２ａが並ぶ方向と同じである。

光透過部３８は光を透過させることを主要の機能とする部位であり、本形態では図２、図５に表れる断面において、粗面形成層４２側に短い上底、その反対側（基材層４１側）に長い下底を有する略台形の断面形状を有する要素である。光透過部３８は、後述する基材層４１の層面に沿った１つの方向に当該断面を維持して延びるとともに、この延びる方向とは異なる方向に所定の間隔で配置される。そして、隣り合う光透過部３８の間には、略台形断面を有する間隔が形成されている。従って、当該間隔は光透過部３８の上底側（粗面形成層４２側）に長い下底を有し、光透過部３８の下底側（基材層４１側）に短い上底を有する台形断面を有し、ここに後述する必要な材料が充填されることにより光吸収部３９が形成される。なお、本形態では隣り合う光透過部３８は長い下底側に配置された連結部４０により連結されている。

光透過部３８は屈折率がＮ_ｔとされている。このような光透過部３８は、透過部構成組成物を硬化させることにより形成することができる。詳しくは後で説明する。屈折率Ｎ_ｔの値は特に限定されることはないが、後述するように台形断面の斜面における光吸収部３９との界面で適切に光を全反射する観点から屈折率は１．５５以上であることが好ましい。ただし、屈折率が高すぎる材料は割れやすい場合が多いので屈折率は１．６１以下であることが好ましい。より好ましくは１．５６以下である。

光吸収部３９は隣り合う光透過部３８の間に形成された上記した間隔に配置された間部であり、当該間隔の断面形状と同様の断面形状となる。従って短い上底が基材層４１側を向き、長い下底が粗面形成層４２側となる。そして光吸収部３９は、屈折率がＮ_ｒとされるとともに、光を吸収することができるように構成されている。具体的には屈折率がＮ_ｒであるバインダーに光吸収粒子が分散される。屈折率Ｎ_ｒは、光透過部３８の屈折率Ｎ_ｔよりも低い屈折率とされる。このように、光吸収部３９の屈折率を光透過部３８の屈折率より小さくすることにより、所定の条件で光透過部３８に入射した光を光吸収部３９との界面で適切に全反射させることができる。屈折率Ｎ_ｒの値は特に限定されることはないが、当該全反射を適切に行う観点から１．５０以下であることが好ましく、その中でも材料の入手性の観点から１．４３以上が好ましい。より好ましく１．４９以上である。

光透過部３８の屈折率Ｎ_ｔと光吸収部３９の屈折率Ｎ_ｒとの屈折率の差は特に限定されるものではないが、０．０５以上０．１４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、より多くの光を全反射させることができる。

本形態では光透過部３８と光吸収部３９との界面が断面において一直線状となる例を示したが、これに限らず折れ線状、凸である曲面状、凹である曲面状等であってもよい。また、複数の光透過部３８及び光吸収部３９で断面形状が同じであってもよいし、所定の規則性を有して異なる断面形状であってもよい。

次に基材層４１について説明する。基材層４１は、その一方の面に光学機能層３７を形成する基材となる層である。基材層４１は、透光性を有するとともに光学機能層３７の変形を防止できるように支持する。かかる観点から、基材層４１を構成する材料の具体例として例えば、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（ＰＥＴ）、アクリロニトリル、トリアセチルセルロース（ＴＡＣ）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。
この中でも液晶パネルとの組み合わせを考慮して複屈折の少ないＴＡＣ、メタクリル樹脂、ポリカーボネートを用いることが好ましい。さらには車載など高い耐熱性が求められる用途では、ガラス転移点が高いポリカーボネートを用いることが望ましい。具体的にはポリカーボネートのガラス転移点は１４３℃であり、一般に１０５℃での耐久性が求められる車載用途に適している。

基材層４１の厚さは特に限定されないが、２５μｍ以上３００μｍ以下であることが好ましい。基材層４１の厚さがこの範囲を外れると、加工性に問題を生じる虞がある。例えば、基材層４１が２５μｍより薄くなるとしわが生じやすくなる。また、基材層４１が３００μｍより厚くなると、光学機能層３７の巻き取りが困難になる。

次に粗面形成層４２について説明する。粗面形成層４２は光学機能層３７の層面のうち、基材層４１が積層されている面とは反対側の面に形成される。粗面形成層４２は、その表面にマット（粗面）が形成されており、他の層との光学密着による干渉縞の発生や光拡散による傷の隠蔽を図ることができる。また、粗面形成層４２により光学機能層３７との関係で、光学シートの層面の鉛筆硬度を均一にすることができる。
粗面形成層を構成する材料は光透過部と同様に考えることができる。

ここで、反射型偏光板３５の層面のうち光学シート３６に対向する面をＰｍ、光学シート３６の層面のうち反射型偏光板３５に対向する面をＰｅとすると、Ｐｍの鉛筆硬度Ｈｍと、Ｐｅの鉛筆硬度Ｈｅの差異は、ＪＩＳＫ５６００−５−４（１９９９年）に準拠して荷重７５０ｇ、速度１ｍｍ／ｓの条件で測定した鉛筆硬度で、規定スケールの２単位以下である。

ＨｅとＨｍの差異が規定スケールの２単位より大きいと、振動時に反射型偏光板３５のＰｍもしくは光学シート３６のＰｅにキズを生じさせてしまう。

ＨｅとＨｍの差異を規定スケールの２単位以下とすることにより、振動時にも反射型偏光板３５及び光学シート３６にキズを生じさせることがなく、面光源装置２０の耐摩耗性を向上させることができる。

本形態では、反射型偏光板３５側に対向する面Ｐｅは、光学シート３６の層面のうち、光学機能層３７に粗面形成層４２が形成されている面である。また、本形態とは逆に、光学シート３６の基材層４１の面が反射型偏光板３５と対向し、光学機能層３７の光吸収部３９が形成されている面が観察者側に来てもよい。その場合は、基材層４１の面がＰｅとなる。

図１、図２に戻って、面光源装置２０の反射シート４２について説明する。反射シート４２は、導光板２１の裏面から出射した光を反射して、再び導光板２１内に光を入射させるための部材である。反射シート４２を構成する材料は特に限定されるものではないが、白色フィルム（東レ株式会社ルミラー（登録商標）Ｅ６ＳＲ）、多層膜反射フィルム（スリーエムジャパン株式会社ＥＳＲ）及び銀蒸着フィルム（京都中井商事株式会社キララフレックス（登録商標））等の光反射性を持つフィルムを挙げることができる。より好ましくは、金属等の高い反射率を有する材料からなるシート、高い反射率を有する材料からなる薄膜（例えば金属薄膜）を表面層として含んだシート等のいわゆる鏡面反射を可能とするものを適用することができる。これにより、光の利用性を向上させることが可能となり、エネルギー利用効率を向上させることができる。

次に図１に戻って機能性シート４５について説明する。機能性シート４５は通常の液晶表示装置に用いられる各種の機能を有するシートである。これには例えば色調を補正するシート、防眩機能を有するシート、反射を防止するシート、ハードコートシート等を挙げることができる。

本形態の面光源装置２０は、上記した導光板２１、光源２５、光拡散層２６、プリズムシート３０、反射型偏光板３５、光学シート３６、及び反射シート４２により構成される。各部材の具体的な配置を以下に示す。
本形態では、導光板２１の導光方向一方の側面に、光源２５が配置されている。導光板２１の層面のうち、裏面プリズム部２３が形成されている側には、反射シート４２が配置され、当該反射シートが配置される側とは反対側に、光拡散層２６が配置されている。光拡散層２６の、導光板２１が配置されている面と反対側の面には、プリズムシート３０が配置されている。プリズムシート３０の向きは、単位プリズム部３２が配置されている面が光拡散層２６側である。一方、プリズムシート３０の、単位プリズム部３２が配置されている面とは反対側の面には、反射型偏光板３５が配置されている。さらに、反射型偏光板３５の、プリズムシート３０側と反対の面に、光学シート３６が配置されている。本形態における光学シート３６の向きは、粗面形成層４２が反射型偏光板３５に対向し、基材層４１がその反対側である。

以上説明した本形態の面光源装置２０とともに、液晶パネル１５及び機能性シート４５を以下のように備えることで、映像源ユニット１０となる。すなわち、面光源装置２０を構成する光学シート３６の基材層４１側（すなわち出光面側）に、液晶パネル１５の下偏光板１３側が配置されている。前述したように、液晶パネル１５は、観察者側に上偏光板１３、面光源装置２０側に下偏光板１４、及び、上偏光板１３と下偏光板１４との間に液晶層１２を有している。そのため、映像源ユニット１０では、面光源装置２０を構成する光学シート３６の基材層４１側が、観察者側となる。また、機能性シート４５は、液晶パネル１５の上偏光板１３が配置されている面、すなわち液晶パネル１５の観察者側に配置されている。このように液晶パネル１５、本形態の面光源装置２０、及び機能性シート４５を備える映像源ユニット１０は、不図示の筐体に内蔵され、液晶表示装置を構成する。

次に、以上のような構成を備える面光源装置２０の作用について、光路例を示しつつ説明する。ただしこの光路例は概念的に表したものであり、反射や屈折の程度等を厳密に示したものではない。

まず、図２に示すように、光源２５から出射した光は、導光板２１の側面の入光面を介して導光板２１内に入射する。図２には、例として、光源２５から導光板２１に入射した光Ｌ_２１、Ｌ_２２の光路例が示されている。

図２に示すように、導光板２１に入射した光Ｌ_２１、Ｌ_２２は、導光板２１の光拡散層２６側の面及びその反対側の裏面プリズム部２３の面において、隣接する層との屈折率差により全反射する。また、図示は省略するが裏面から出光した光は反射シート４２により導光板２１に戻される。このような反射を繰り返し、光は単位裏面プリズム２３ａが並べられる方向（導光方向）へ進んでいく。

ただし、導光板２１の基部２２のうち裏面側には裏面プリズム部２３が形成されている。このため、図２に示すように、導光板２１内を進む光Ｌ_２１、Ｌ_２２は、裏面プリズム部２３により順次向きが変えられ、全反射臨界角未満の入射角度で光拡散層２６側の面に入射することもある。この場合、当該光は、導光板２１の層面のうち光拡散層２６側の面から出射し得る。光拡散層２６側の面から出射した光Ｌ_２１、Ｌ_２２は、プリズムシート３０へと向かう。一方、裏面から出射した光は、導光板２１の背面に配置された反射シート４２で反射され、再び導光板２１内に入射して導光板２１内を進むことになる。

光拡散層２６に到達した光は、光拡散層２６の透過性樹脂層２７と光拡散粒子２８の屈折率差及び表面に形成された凹凸により拡散し、光拡散層２６の表面から出射する。これにより、光拡散層２６の表面でさらに光が均一化される。光拡散層２６から出射した光は、その後、プリズムシート３０へ入射する。プリズムシート３０の単位プリズム３２ａは、単位プリズム３２ａの入光面での屈折及び全反射によって透過光に対して集光作用を及ぼす。それゆえ、光拡散層２６で拡散した光は、プリズムシート３０に到達し、均一な状態で再び集められ、その進行方向を変化させられる。図４にＬ_４１で示したように、単位プリズム３２ａに入射した光は、単位プリズム３２ａと空気との屈折率差に基づいてその界面で全反射する。そのとき、単位プリズム３２ａの斜辺はシート面法線ｎ_ｄに対してθ_５／２傾いているので、界面における反射光は入射光よりも法線ｎ_ｄに近付けられる角度となる。

つまり、プリズムシート３０では、単位プリズム３２ａの配置方向と平行な面において、光の進行方向を正面方向を中心とした狭い角度範囲内に絞り込むようになる。したがって、プリズムシート３０での光学的作用によって、正面方向輝度を向上させることができる。

プリズムシート３０を出射した光は、反射型偏光板３５に入射する。前述したように、反射型偏光板３５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、一方の偏光成分（例えば、Ｐ波）を透過させ、他方の偏光成分（例えば、Ｓ波）を反射させてリサイクルすることで、光の輝度を上昇させる。

反射型偏光板３５を透過した光は、光学シート３６に入射する。本形態では、光は光学シート３６を構成する粗面形成層４２が形成されている面から入射する。入射した光のうち、プリズムシート３０を透過した偏光成分は、プリズムシート３０の単位プリズム３２ａでシート面法線ｎ_ｄに近付けられた角度へと進行方向が変化しているので、例えば図５にＬ_５１で示したように、光透過部３８と光吸収部３９との界面に達することなく光透過部３８を透過する、又は図５にＬ_５２で示したように光吸収部３９との界面に達しても全反射することができ、光透過部３８を透過する。
一方、シート面法線に対して大きな角度で光学機能層３７に入射した光は、図５にＬ_５３で示したように光吸収部３９で吸収され、液晶パネル１５には提供されない。

このような光学シート３６により、プリズムシート３０からの光を効率よく集光し、集光しなかった光は光吸収部で吸収するため、適切な光を効率よく液晶パネルに提供することができ、光の利用効率を大幅に向上させることができる。

光学シート３６から出射した光は、液晶パネル１５の下偏光板１４に入射する。下偏光板１４は、入射光のうち、一方の偏光成分を透過させ、その他の偏光成分を吸収する。下偏光板１４を透過した光は、液晶層１２における画素毎への電界印加の状態に応じて、選択的に上偏光板１３を透過するようになる。このようにして、液晶パネル１５によって、面光源装置２０からの光を画素毎に選択的に透過させることにより、液晶表示装置の観察者が、映像を観察することができるようになる。

ここで、上記したように、光学シート３６の層面のうち反射型偏光板３５に対向する面Ｐｅの鉛筆硬度Ｈｅと、反射型偏光板３５の層面のうち光学シート３６側の面Ｐｍの鉛筆硬度Ｈｍとの差異を規定スケールの２単位以下とすることで、振動時にも反射型偏光板３５及び光学シート３６にキズを生じさせることがなく、面光源装置２０の耐摩耗性を向上させることができ、また、キズによる光のロスを防ぐことができる。

実施例として粗面形成層の鉛筆硬度を変更した２つの例に係る光学シート（実施例１〜実施例２）を作製した。また比較例として２つの例に係る光学シート（比較例１〜比較例２）を作製した。具体的には次の通りである。

（実施例１）
基材層として、厚さ１３０μｍのポリカーボネート樹脂（恵和株式会社製）を用いた。
光透過部として紫外線硬化型ウレタンアクリレート樹脂（三洋化成工業株式会社製、ＣＲ０３）を用いた。
光吸収部として、平均粒径４μｍの黒に着色されたビーズを２０質量％含有する紫外線硬化型ウレタンアクリレート樹脂（株式会社ＤＮＰファインケミカル製、ＥＬ１３２）を用いた。ここで光吸収部の形状は、台形断面における長い下底を９．４μｍ、短い上底を４．０μｍ、高さ（図５のＤｋ）を１０２．０μｍ、隣り合う光吸収部のピッチ（図５のＰｋ）を３９．０μｍとした。
連結部の厚さは２５μｍとした。
粗面形成層として、厚さ１５μｍ、硬化後の鉛筆硬度Ｂ（東洋精機社製、鉛筆硬度試験機で測定）の紫外線硬化型ウレタンアクリレート樹脂（三洋化成工業株式会社製、ＢＣＰ３４）を用いた。

（実施例２）
粗面形成層として厚さ１５μｍ、粗面粗さＲａ＝０．２μｍ、硬化後の鉛筆硬度Ｈ（東洋精機社製、鉛筆硬度試験機で測定）の紫外線硬化型ウレタンアクリレート樹脂（三洋化成工業株式会社製、型式ＸＰ-４６）を用いた以外は、実施例１と同じ条件で実施例２の光学シートを作製した。

（比較例１）
粗面形成層として厚さ１５μｍ、粗面粗さＲａ＝０．２μｍ、硬化後の鉛筆硬度２Ｈ（東洋精機社製、鉛筆硬度試験機で測定）の紫外線硬化型ウレタンアクリレート樹脂（ＤＩＣ株式会社製、ＩＴ０３８）を用いた以外は、実施例１と同じ条件で比較例１の光学シートを作製した。

（比較例２）
粗面形成層として厚さ１５μｍ、粗面粗さＲａ＝０．２μｍ、硬化後の鉛筆硬度３Ｈ（東洋精機社製、鉛筆硬度試験機で測定）の紫外線硬化型ウレタンアクリレート樹脂（荒川科学株式会社製、ビームセット５７５ＢＣ）を用いた以外は、実施例１と同じ条件で比較例２の光学シートを作製した。

以上作製した実施例１、２及び比較例１、２の光学シートを反射型偏光板（スリーエムジャパン株式会社製ＤＢＥＦ−Ｄ２−４００）に貼り、以下に示す３つの条件（条件１〜条件３）で試験を行い発生したキズについて目視により評価をおこなった。キズが発生しなかったものを○、発生したものを×とした。反射型偏光板の光学シート側の鉛筆硬度はＢである。

（条件１）
ＩＭＶ社製ＳＹＮ−３ＨＡ−４０ｉ２３０を用い振動試験を行った。周波数１０Ｈｚ〜５００Ｈｚで正弦波を１６時間にわたり与えた。

（条件２）
条件１と同じＩＭＶ社製ＳＹＮ−３ＨＡ−４０ｉ２３０を用い振動試験を行った。周波数１０Ｈｚ〜５００Ｈｚでランダム波を８時間にわたり与えた。

（条件３）
衝撃試験として、半正弦波を加速度１００ｇ、作用時間６ｍｓの条件で与えた。

結果を表１に示す。

表１からわかるように反射型偏光板のうち光学シートに対向する面の鉛筆硬度と、光学シートの層面のうち反射型偏光板に対向する面の鉛筆硬度との差異を規定スケールの２単位以下とすることにより、振動時でも反射型偏光板の層面にキズが生じることを防ぐことができる。

１０映像源ユニット
１２液晶層
１３、１４偏光板
１５液晶パネル
２０面光源装置
２１導光板
２２基部
２３裏面プリズム部
２５光源
２６光拡散層
２７透光性樹脂層
２８光拡散粒子
３０プリズムシート
３１本体部
３２単位プリズム部
３２ａ単位プリズム
３５反射型偏光板
３６光学シート
３７光学機能層
３８光透過部
３９光吸収部
４０連結部
４１基材層
４２粗面形成層

Claims

光源と、
前記光源の出光側に配置される反射型偏光板と、
前記反射型偏光板の出光面側に配置される光学シートと、を備え、
前記光学シートは、基材層と、前記基材層の層面に沿った方向に配置される複数の光透過部及び隣り合う前記光透過部間に配置される光吸収部を備える光学機能層と、前記光学機能層のうち基材層が形成されている側とは反対側の面に配置される粗面形成層と、を有し、
前記反射型偏光板の層面のうち前記光学シートに対向する面をＰｍ、前記光学シートの層面のうち前記粗面形成層が形成されている面をＰｅとし、Ｐｍの鉛筆硬度をＨｍ、Ｐｅの鉛筆硬度をＨｅとしたとき、ＨｍとＨｅの差異が、ＪＩＳＫ５６００−５−４（１９９９年）に準拠して荷重７５０ｇ、速度１ｍｍ／ｓの条件で測定した鉛筆硬度で規定スケールの２単位以下である、面光源装置。
請求項１に記載の面光源装置と、前記面光源装置より出光面側に配置される液晶パネルとを備える、映像源ユニット。