JP2008242269A - 光学シート及びそれを用いたバックライトユニット - Google Patents

Abstract

【課題】拡散用部材を増設することによる光量減衰、光利用効率低下が抑止できる光学シート及びそれを用いたバックライトユニットを得、安価に、光量減衰を抑止しつつ、輝度むらを低減する。
【解決手段】透明基板２１上に多数の単位プリズム構造体２３が連続的に配列された光学シート１００であって、光学シート１００の特定方向における垂直断面形状が、光学シート１００の底面２５を構成する底辺２７と、単位プリズム構造体２３のそれぞれが有する２Ｎ+３（Ｎは正整数）個の上辺とを含む多面形状であり、単位プリズム構造体の複数の上辺が、底辺の中点に直交する軸線を中心に線対称に形成され、軸線と交差する中央上辺Ｆ３と、軸線から離れるに従って軸線からの傾斜角を小さく形成した複数の側方上辺Ｆ１，Ｆ２，Ｆ４，Ｆ５とを含む構成とした。単位プリズム構造体２３は、特定方向に対する直交方向に沿って連続して配列された線状構造体とすることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、透明基板上に多数の単位プリズム構造体を配列した光学シート及びそれを用いたバックライトユニットに関し、例えば液晶等を利用した平面表示装置に用いて好適なものである。

液晶等を利用した平面表示装置におけるバックライトユニットは、冷陰極蛍光管を光源とした装置が広く用いられており、エッジライト型と呼ばれる方式と直下型と呼ばれる方式に大別される。エッジライト型は、冷陰極蛍光管（ＣＣＦＬ）を導光板の端面に対向配置した構成からなり、導光板端面から入射した光を導光板内で複数回反射させて導光板表面から出射させる。一方、直下型は、複数本の並列配置した冷陰極蛍光管と、冷陰極蛍光管の背面に設けられた反射板と、発光面をなす光拡散板とを組み合わせた構成からなる。直下型は、エッジライト型とは対照的に、冷陰極蛍光管の使用本数を増やすことができるために、発光面を容易に高輝度化することができる。ところが、直下型には、発光面の輝度むらの発生し易い問題がある。特に、冷陰極蛍光管の真上で輝度が高くなるために発生する周期的輝度むらが大きな問題となり、これに起因して液晶表示装置の表示画面には表示むらの発生することがある。

図１０は液晶表示装置に用いられる従来の直下型バックライトユニットの断面図である。冷陰極蛍光管などの光源Ｌを複数本並べて配置したバックライトユニット１では、光源むらの除去と集光効果を上げるため、光源Ｌの反射板３とは反対側に拡散用部材５を設置し、さらに、１〜２枚の三角屋根状プリズムシート７，９を配置する方法が用いられている。

図１１は従来のプリズムシートを用いたバックライトユニットの要部拡大断面図、図１２はピラミッド状三次元立体構造体で構成した従来のプリズムシートを用いたバックライトユニットの要部拡大断面図である。
従来の三角屋根状プリズムシート７，９では、図１１に示すプリズム構造体（プリズム）７ａの頂点を成す稜線の両側に形成されている斜面が２面あり、光源Ｌ（Ｌ１，Ｌ４）からの光はこのプリズム７ａによって屈折される。プリズムシート７，９に垂直入射する光線は、プリズム７ａ内で再帰反射により光源方向に戻るため、実光源Ｌ１，Ｌ４の位置から正面方向には出射せず、左右に離れた２箇所（図１１の光源Ｌ４に関しては仮想光源Ｌ３とＬ５）から光線Ｂ２と光線Ｂ３が出射する。また、図１２に示すピラミッド状(四角錐状)の構造体７Ａａで形成される光学シート７Ａでは、図１２の紙面垂直方向にも光屈折斜面があるため、上記プリズム７と同様の左右２箇所の仮想光源Ｌ３，Ｌ５に加えて、実際の光源位置の計３箇所から（図１２の光源Ｌ４に関してはＬ３，Ｌ４，Ｌ５）、光線Ｂ３，Ｂ４，Ｂ５が出射する。なお、図１２における光線Ｂ１，Ｂ４は紙面奥側又は手前側に傾斜した光線を表す。

しかし上記の例では実光源Ｌ１，Ｌ４と仮想光源Ｌ２，Ｌ３，Ｌ５のいずれにおいても、光源位置正面での輝度が高い一方、光源間では輝度が低く、輝度むらが生じる。この輝度むらを除去するために、従来では光源反射板３上に拡散板と数枚の拡散シートの拡散用部材５を設置していた。そのため、拡散用部材５で光量が減衰し、光利用効率が低下したり、光量の減衰を補うために光源数を増加させることによるコスト増大の問題があった。

このような不具合を解消しようとしたものに例えば特許文献１に開示される液晶表示素子のバックライト構造、特許文献２に開示される直下型バックライト装置がある。特許文献１に開示される液晶表示素子のバックライト構造は、液晶パネルに光を供給する複数のランプと、ランプの上部に設置されランプから発生した光を拡散させる拡散手段（マイクロレンズ）と、内部にランプが配置される複数の凹部が形成されランプから発生した光を反射及び拡散させる拡散手段（マイクロレンズ）とを備えることで、反射板に入射される光を隙間なくマイクロレンズによって拡散し、液晶パネルに均一な光を供給可能としている。

また、特許文献２に開示される直下型バックライト装置は、プリズム頂角と、隣接する線状光源の間隔と、線状光源と光拡散板の間隔とに、特定の関係を付与することで高輝度で輝度むらのないバックライトユニットを得ようとしている。すなわち、並列配置された複数本の線状光源と、反射板及び光拡散板とを備えた直下型バックライト装置において、光拡散板の少なくとも一つの主面に断面鋸歯状のプリズム条列を形成し、この光拡散板のプリズム条列の頂角をｙ（度）、隣接する線状光源の中心間の距離をａ（ｍｍ）、線状光源の中心と光拡散板の光源側の表面との距離をｂ（ｍｍ）とするときに、８０×（ｂ／ａ）＋１５＜ｙ＜１８０×（ｂ／ａ）＋７０の関係が成り立つように構成することで、高い光束有効利用率を維持しつつ、発光面の周期的輝度むらを抑制して、薄型で高い輝度均斉度の実現が図られている。

特開２００５−１９６１７８号公報 特開２００６−１９５２７６号公報

しかしながら、特許文献１に開示される液晶表示素子のバックライト構造は、拡散板の代わりに、反射板とマイクロレンズを用いて光源光のむらを低減させており、拡散板を用いた構成に比べ光損失は減りそうであるが、光源位置で輝度が高く、隣接光源同士の間で輝度が低くなることは避け難く、むらの除去は不十分であった。また、特許文献２に開示される直下型バックライト装置は、線状光源間隔ａ、光源と拡散板兼プリズムシートの間隔ｂ、プリズム頂角ｙの関係を８０×（ｂ／ａ）＋１５＜ｙ＜１８０×（ｂ／ａ）＋７０として、むらの低減を図っているが、光源からの距離による入射角度変化に対応しておらず、光源からの距離に依存するむらは残った。
このため、従来の冷陰極蛍光管光源とプリズムシートやピラミッド構造シートを用いたバックライトユニットが有していた欠点、すなわち、光源位置による輝度むらの発生、その輝度むらを除去するための拡散板、数枚の拡散シート設置による光量減衰、光利用効率低下、光源数増によるコスト増大の問題を解決したい要請があった。
本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、その第１の目的は、拡散用部材を増設することによる光量減衰、光利用効率低下が抑止できる光学シート及びそれを用いたバックライトユニットを提供し、もって、安価に、光量減衰を抑止しつつ、輝度むらの低減を図ることを目的とする。また、その第２の目的は、第１の目的に加えて光源からの距離による入射角度変化にも対応できる光学シート及びそれを用いたバックライトユニットを提供し、もって、安価に、光量減衰を抑止しつつ、輝度むらの低減を図ることを目的とする。

本発明に係る上記目的は、下記構成により達成される。
（１） 透明基板上に多数の単位プリズム構造体が連続的に配列された光学シートであって、
前記光学シートの特定方向における垂直断面形状が、前記光学シートの底面を構成する底辺と、前記単位プリズム構造体のそれぞれが有する２Ｎ+３（Ｎは正整数）個の上辺とを含む多面形状であり、
前記単位プリズム構造体の複数の上辺が、前記底辺の中点に直交する軸線を中心に線対称に形成され、前記軸線と交差する中央上辺と、前記軸線から離れるに従って前記軸線からの傾斜角を小さく形成した複数の側方上辺とを含む構成とした光学シート。

この光学シートによれば、中央上辺及び側方上辺のそれぞれが、異なる角度の入射光を出射可能にし、複数配列された単位プリズム構造体が所定の位置ごとで光源からの出射光を分担して受け持つようになる。これにより、実光源同士の間に光源を増設したかのように、実光源光を屈折させて得られる仮想光源が配置可能となり、実光源位置も含め、仮想光源が複数点発現する。

（２） （１）記載の光学シートであって、前記単位プリズム構造体が、前記特定方向に対する直交方向に沿って連続して形成された線状構造体である光学シート。

この光学シートによれば、特に、線状構造体に沿って線状光源を配置する直下型のバックライトユニットに使用されることで、線状光源から線状方向で分断されることのない光が線状構造体の各上辺を透過し、線状方向で光利用効率が高く、且つ輝度むらのない出射光が得られる。

（３） （１）記載の光学シートであって、
前記単位プリズム構造体が、相互に異なる二方向に沿って多数個配置され、水平断面を四角形状とした多面の角錐状構造体である光学シート。

この光学シートによれば、個々の角錐状構造体を中心として、各上辺ごとで出射した光が相互に異なる二方向で並び、線状構造体を周期配列した場合の発光面における線状の周期的輝度むらを抑制して、面方向で均一な輝度むらのない出射光が得られる。

（４） （１）〜（３）のいずれか1項記載の光学シートであって、
前記単位プリズム構造体が、前記光学シートの厚み方向外方に突出する凸状の構造体である光学シート。

この光学シートによれば、突出した単位プリズム構造体の各側方上辺からの出射光が軸線と平行な出射光となり、これら光の出射が構造体の配列方向で繰り返されることで、輝度むらが抑制される。

（５） （１）〜（３）のいずれか1項記載の光学シートであって、
前記単位プリズム構造体が、前記光学シートの厚み方向内方に窪む凹状の構造体である光学シート。

この光学シートによれば、凹んだ単位プリズム構造体の各側方上辺からの出射光が軸線と平行な出射光となり、これら光の出射が構造体の配列方向で繰り返されることで、輝度むらが抑制される。また、光出射面となる中央上辺、側方上辺が凹状内に配置され、他部材と接触することによる傷が光出射面に生じ難くなると共に、凹んだ単位プリズム構造体の平坦な稜線に接触することにより、部材の平坦性が保持され易くなる

（６） （１）〜（５）のいずれか1項記載の光学シートであって、
前記単位プリズム構造体が、不規則配置された光学シート。

この光学シートによれば、単位プリズム構造体が不規則配置されることで、各単位プリズム構造体から出射される光が一定周期を有しなくなる。これにより、従来、線状或いは格子状に配置された各単位プリズム構造体から出射される周期的な光強度分布と液晶セルやカラーフィルタ構造との重なりにより生じるモアレ縞が防止される。

（７） （１）〜（６）のいずれか1項記載の光学シートであって、
前記中央上辺が前記底辺と平行である光学シート。

この光学シートによれば、底辺と平行な中央上辺が設けられることで、従来、単位プリズム構造体へ垂直入射し、プリズム内で再帰反射により光源方向に戻された光源からの光が、中央上辺を介して正面方向に出射されるようになり、光源ムラが低減されると同時に光の利用効率が高まる。

（８） （１）〜（７）のいずれか１項記載の光学シートと、
前記光学シートの透明基板の底面に対向配置した光源と、
を具備したバックライトユニット。

このバックライトユニットによれば、透明基板の底面に、光源が対向配置される直下型で構成され、冷陰極蛍光管の使用本数を増減させることが容易となるとともに、透明基板にて底面を底辺とした上記の単位プリズム構造体が複数配設されることで、実光源同士の間に光源を増設したかのように、仮想光源を配置でき、製造コストを増大させずに、高輝度で且つ輝度むらのない均一な出射光が得られる。

（９） （８）記載のバックライトユニットであって、
前記光学シートが、
前記透明基板の屈折率をｎ、前記光源と該光源と隣接して設定される仮想光源との間の距離をｘ₁、前記透明基板の底面と前記光源との距離をｄとしたとき、
前記軸線に対する前記側方上辺の傾斜角θが、

ただし、

で表される側方上辺を少なくとも含むバックライトユニット。

このバックライトユニットによれば、実光源と仮想光源との間隔ｘ₁₂、光源と光学シートの離間距離ｄ、光学シートの屈折率ｎを特定することにより、単位プリズム構造体の軸線に対する各側方上辺の傾斜角度を決定することができる。

（１０） （８）または（９）記載のバックライトユニットであって、
前記中央上辺及び前記複数の側方上辺が、前記光源からの距離に応じて異なる長さを有するバックライトユニット。

このバックライトユニットによれば、光源からの距離が大きくなることで減衰する光強度が、出射面積の増大によって補われ、光源からの距離に依存する輝度むらが低減され、輝度の一層の均一化が可能となる。

本発明に係る光学シートによれば、２Ｎ+３（Ｎは正整数）個の上辺を有する単位プリズム構造体を透明基板上に多数配列し、上辺を、底辺の中点に直交する軸線を中心に線対称に形成するとともに、軸線と交差する中央上辺と、軸線から離れるに従って軸線からの傾斜角が小さくなる側方上辺とで構成したので、中央上辺及び側方上辺のそれぞれが、異なる角度の入射光を出射可能にし、複数配列された単位プリズム構造体が所定の位置ごとで光源からの出射光を分担して受け持つようになり、実光源同士の間に光源を増設したかのように光源光を屈折させて仮想光源を配置できる。この結果、実光源位置も含めて仮想光源の位置を複数点発現させることができ、拡散用部材を増設することによる光量減衰、光利用効率低下を抑止して、安価に、輝度むらを低減できる。

本発明に係るバックライトユニットによれば、（１）〜（７）のいずれか１項記載の光学シートと、透明基板の底面に対向配置した光源とを具備したので、製造コストを増大させずに、高輝度で、且つ輝度むらのない均一な光を平面表示装置に供給することができる。

以下、本発明に係る光学シート及びそれを用いたバックライトユニットの好適な実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
図１は本発明に係る光学シートの斜視図、図２は図１に示した光学シートを構成する単位プリズム構造体の断面図である。
本実施の形態による光学シート１００は、透明基板２１上に多数の単位プリズム構造体２３を連続的に配列してなる。光学シート１００は、単位プリズム構造体２３の配列方向（図１に示す底面２５に垂直な方向）における垂直断面形状が、光学シート１００の底面２５を構成する底辺２７と、単位プリズム構造体２３のそれぞれが有する２Ｎ+３（Ｎは正整数）個の上辺Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４，Ｆ５とを含む多面形状となる。なお、図例ではＮ＝１の場合を示す。

単位プリズム構造体２３の複数の上辺Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４，Ｆ５は、底辺２７の中点２９に直交する軸線３１を中心に線対称に形成されている。また、単位プリズム構造体２３は、軸線３１と交差する中央上辺Ｆ３と、軸線３１から離れるに従って、側方上辺Ｆ１，Ｆ２，Ｆ４，Ｆ５の軸線３１からの傾斜角が小さく（θ₁＜θ₂＜θ₃，θ₅＜θ₄＜θ₃）なるように形成されている。

本実施の形態において、単位プリズム構造体２３は、配列方向に対する直交方向に沿って連続して形成された線状構造体となり、特に、この線状構造体に沿って線状光源を配置する直下型のバックライトユニットに使用されることで、線状光源から線状方向で分断されることのない光が線状構造体の各上辺Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４，Ｆ５を透過し、線状方向で光利用効率が高く、且つ輝度むらのない出射光が得られるようになっている。

また、単位プリズム構造体２３は、光学シート１００の厚み方向外方に突出する凸状の構造体で形成されている。突出した単位プリズム構造体２３の各側方上辺からの出射光は、軸線３１と平行な出射光となり、これら光の出射が構造体２３の配列方向で繰り返されることで、輝度むらが抑制されることとなる。

さらに、中央上辺Ｆ３は、底辺２７と平行に形成される。このように、底辺２７と平行な中央上辺Ｆ３が設けられることで、従来、単位プリズム構造体へ垂直入射し、プリズム内で再帰反射により光源方向に戻された光源からの光が、中央上辺Ｆ３を介して正面方向に出射されるようになり、光源ムラが低減されると同時に光の利用効率が高められる。

図３は図１に示した光学シートを用いたバックライトユニットの断面図、図４は図３に示した光線Ｌ２２、光線Ｌ２３の屈折状況を説明する拡大図である。
バックライトユニット４１は、光学シート１００と、透明基板２１の底面２５に対向配置した光源Ｌとを有し、実光源Ｌ１，Ｌ６…と仮想光源Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４，Ｌ５，Ｌ７，Ｌ８…を合わせてｎ本の光源Ｌから光を出射させる。

バックライトユニット４１に用いる線状光源は特に限定されないが、冷陰極管、熱陰極管、線状に配列したＬＥＤ、ＬＥＤと導光体の組合せ等を使用することができる。このとき冷陰極管又は熱陰極管は直線状以外にも、平行な２本の管が一つの略半円でつながれ一本になったＵに似た形状のもの、平行な３本の管が二つの略半円でつながれ一本になったＮに似た形状のもの、又は平行な４本の管が三つの略半円でつながれ一本になったＷに似た形状のものを使用することができる。これら３つの形状の光源を使用する場合には、管の平行な部分の中心間の距離を、隣接する線状光源の中心間の距離とする。線状光源は輝度均一性の点からは冷陰極管が好ましく、発光効率の点からは線状に配列したＬＥＤ、ＬＥＤと導光体の組合せが好ましい。

本実施の形態において、バックライトユニット４１は、光源として複数の線状冷陰極管実光源(ＣＣＦＬ)Ｌ１，Ｌ６を等間隔に平行に配置し、その背後に反射板４３を配置し、光源Ｌに対して反射板４３と反対側に、多面構造の集光光学シート１００を配置し、その前面に拡散シート(従来より少ない枚数)を配置する。光学シート１００は、フィルム、プラスチック、或いはガラス等の平滑でかつ平面性の良い支持体の片面側に、単位プリズム構造体２３を連続的に成形（好ましくは一体成形）して構成する。単位プリズム構造体２３は、表面にｎ面(Ｆ_i=1〜n)から成る多角形状断面の構造体を多数平行に隣接させて配列させ、背面となる底面２５は平坦な面で構成する。光学シート１００の個々の単位プリズム構造体２３において、頂点部は底面２５に平行な平面で(図２の例ではθ₃＝９０°)、端に行くほど軸線３１と成す角度θ_iが小さくなる。但し、θ_i＞１５°とする。光学シートの各面の面積s_i（断面の辺長a_iに比例）は、正面輝度が均一となるように、光源から仮想光源までの水平距離x_iに応じて変える。多角形状単位プリズム構造体の面数ｎは、実光源ＣＣＦＬの直径ｄ_CCFLと間隔ｘ_CCFLとすると、５≦ｎ≦ｘ_CCFL/ｄ_CCFLの範囲が好ましい。光源間隔、光源と光学シート１００間の間隔、多角形状立体構造体の各面の角度と斜面面積は、実光源と仮想光源の位置が等間隔、或いは輝度が等しくなるように設定する。

このように構成したバックライトユニット４１によれば、透明基板２１の底面２５に、光源Ｌが対向配置される直下型で構成され、冷陰極蛍光管の実使用本数はそのままで、見た目上の本数を増やすことができる。つまり、透明基板２１に上記の単位プリズム構造体２３が複数配設されることで、実光源Ｌ１，Ｌ６同士の間に光源を増設したかのように、仮想光源Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４，Ｌ５，Ｌ７，Ｌ８を配置でき、製造コストを増大させずに、高輝度で且つ輝度むらのない均一な出射光が得られる。

上記の光学シート１００における単位プリズム構造体２３の側方上辺（傾斜面）Ｆ１，Ｆ２，Ｆ４，Ｆ５の角度については、以下の数式によって決めることができる。
図３、図４において、実光源Ｌ１とＬ６の間隔をｘ_CCFL、その間隔に等間隔でk 分割した位置に仮想光源Ｌ２〜Ｌ５を設定するとして、光源間の間隔ｘ₁₂とする。ｘ₁₂はｘ₁₂＝ｘ_CCFL／ｋとなる。また、光源Ｌｉと光学シート１００の平坦な下面の間の距離をｄ、光学シート１００を形成する透明プラスチック材料の屈折率をｎとする。

以下、光源Ｌ１から出射した光線が、多角面光学シートの底面およびＦ４面で屈折して垂直に出射し（Ｌ２２）、仮想光源Ｌ２を構成するための、側方上辺（傾斜面）の決定方法を説明する。
光源Ｌ１から出射した光線は、Ｌ１から水平距離ｘ₁₂の僅か手前(ここでは、距離ｄのおよそ１０〜２０ｍｍに対して、光学シート１００の厚みはおよそ１００μｍであり、仮想光源Ｌ２の位置と光線の入射点の位置の水平距離は高々５０μｍと小さいので無視できると見做す) で光学シート１００に入射し、先ず光学シート１００の下面で屈折する。その入射角をθ_b1、出射角をθ_b2、光学シートの側方上辺Ｆ４の垂直方向からの（軸線とのなす角度）角度をθ₄、Ｆ４への入射角をθ_p1、出射角をθ_p2とする。
光学シート下面における屈折角は、

となり、光学シート多角面のＦ４では、

の関係がある。式（３）と（４）から、多角面光学シートのＦ４面の屈折角θ_p1とθ_p2 は（５）、（６）式で表されることが判る。

従って、光学シート多角面のＦ４の垂直方向からの角度θ₄ は次式（７）で表される。

図４の左から２番目の仮想光源Ｌ３についても、上記と同じ式で、実光源Ｌ１とＬ３の間隔をｘ₁₃とし、その入射角をθ_c1、出射角をθ_c2、光学シートの側方上辺Ｆ５の垂直方向からの（軸線とのなす角度）角度をθ₅、Ｆ５への入射角をθ_q1、出射角をθ_q2とする。
光学シート下面における屈折角は、上述と同様にして、

従って、光学シート多角面のＦ５の垂直方向からの角度θ₅ は（１２）式で表される。

このように、実光源と仮想光源との間隔ｘ₁₂、光源と光学シートの離間距離ｄ、光学シートの屈折率ｎを特定することにより、単位プリズム構造体２３の軸線３１に対する各側方上辺Ｆ１，Ｆ２，Ｆ４，Ｆ５の傾斜角度を決定する。

以上のことより、本発明の光学シートは、透明基板２１の屈折率をｎ、光源と該光源と隣接して設定される仮想光源との間の距離をｘ₁、透明基板２１の底面２５と光源との距離をｄとしたとき、軸線３１に対する側方上辺の傾斜角θが、

ただし、

で表される側方上辺を少なくとも含んでいる。

また、光学シート１００は、中央上辺Ｆ３及び複数の側方上辺Ｆ１，Ｆ２，Ｆ４，Ｆ５が、光源からの距離に応じて異なる長さを有する構成とすることが好ましい。すなわち、図２に示す中央上辺Ｆ３と側方上辺Ｆ２，Ｆ１とは、傾斜面の幅がＷ_F3＜Ｗ_F2＜Ｗ_F1の関係で形成される。これにより、光源からの距離が大きくなることで減衰する光強度が、出射面積の増大によって補われる。この結果、光源からの距離に依存する輝度むらが低減され、輝度の一層の均一化が可能となる。

ここで、視点を変えて一つの単位プリズム構造体に対する光路について説明する。
図５は一つの単位プリズム構造体とその各上辺が透過させる光源光との関係を表した説明図である。
図５に示すように、一つの単位プリズム構造体２３は、中央上辺Ｆｃ及び側方上辺Ｆａ，Ｆｂ，Ｆｄ，Ｆｅのそれぞれが、異なる角度の入射光を出射可能にする。つまり、複数配列された単位プリズム構造体２３が所定の位置ごとで光源からの出射光を分担して受け持つようになる。これにより、光学シート１００は、実光源との間の相対位置を図中のＬａ，Ｌｂ，Ｌｃ，Ｌｄ，Ｌｅのいずれの位置に設定しても、入射光を垂直に出射させることが可能となる。なお、図５では底面２５における屈折は省略している。

次に、光学シートにおける面の角度の具体例を、上記の数で求めたシミュレーション結果を以下に示す。
［入力データ］
実光源Ｌ１とＬ６の間隔：ｘ_CCFL＝２５．４ｍｍ
光源Ｌと光学シート下面の間隔：ｄ＝１３ｍｍ
実光源Ｌ１とＬ６の間の分割数：ｋ＝５（等間隔）
実光源Ｌ１と仮想光源Ｌ２間の間隔：ｘ₁₂＝５．０８ｍｍ
光学シート材料の屈折率：ｎ＝１．６
とすることで、
光学シートの単位プリズム構造体の角度は、
単位プリズム構造体面Ｆ４の角度：θ₄＝θ₂＝５６．９°
単位プリズム構造体面Ｆ５の角度：θ₅＝θ₁＝３７．７°
単位プリズム構造体面Ｆ５の角度：θ₃＝９０．０°
となる。

上記の単位プリズム構造体２３を透明基板２１の表面に形成する方法としては特に制限はなく、例えば、平板状の光拡散板表面に別途に単位プリズム構造体２３を形成すること以外にも、光拡散板の成形と同時に線状の単位プリズム構造体２３を形成することもできる。平板状の光拡散板表面に線状構造体を形成する方法としては特に制限はなく、例えば、所望の頂角を形成できる工具を用いた切削加工によることができ、或いは光硬化樹脂を塗布し、所望の角度の型形状を転写した状態で硬化させることもできる。光拡散板を押出成形で作製し、同時に線状列を形成する場合は、所望頂角の線状構造体形状を有する異形ダイを用いて異形押出することができ、或いは押出後にエンボス加工により線状列を形成することもできる。

光拡散板をキャスティングにより作製し、同時に線状構造体を形成する場合は、所望頂角の線状列の形状を形成できるキャスティング型を用いることができる。光拡散板を射出成形により作製し、同時に線状列を形成する場合は、所望頂角の線状列の形状を形成できる金型を用いることができる。光硬化樹脂への型形状転写、異形ダイによる押出し加工、エンボス加工、キャスティング、若しくは射出成形により、線状列を形成する場合に使用する型は、所望の頂角を形成できる工具を用いた型の金属部材への切削加工、若しくは所望の頂角が形成された部材上への電鋳加工により得ることができる。

この実施の形態による光学シート１００では、中央上辺Ｆ３及び側方上辺Ｆ１，Ｆ２，Ｆ４，Ｆ５のそれぞれが、異なる角度の入射光を出射可能にし、複数配列された単位プリズム構造体２３が所定の位置ごとで光源Ｌからの出射光を分担して受け持つようになる。これにより、実光源Ｌ１，Ｌ６同士の間に光源を増設したかのように、実光源光を屈折させて得られる仮想光源Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４，Ｌ５，Ｌ７，Ｌ８が配置可能となり、実光源位置も含め、仮想光源が複数点発現して照射均一性が得られる。

すなわち、ｎ＝５の５面構成の光学シート１００を例として効果を定性的に表記すると、図３のように、実光源Ｌ６と仮想光源Ｌ４，Ｌ５，Ｌ７，Ｌ８を合わせて５本の光源からの出射光Ｌ２４，Ｌ２５，Ｌ２６，Ｌ２７，Ｌ２８が得られ、実光源本数の５倍の本数の光源を設置したことに相当する輝度むら低減効果が得られることが判る。従来のプリズムシート７（図１１参照）を用いたバックライトユニットでは、実光源の２倍の本数の光源としてしか出射光が得られないので、それと比較すると約２．５倍の光源を配置したのと同様の効果が得られ、輝度むらが低減されることが判る。

従って、上記の光学シート１００によれば、２Ｎ+３（Ｎは正整数）個の上辺を有する単位プリズム構造体２３を透明基板２１上に多数配列し、上辺を、対応する底辺２７の中点２９に直交する軸線３１を中心に線対称に形成するとともに、軸線３１と交差する中央上辺Ｆ３と、軸線３１から離れるに従って軸線３１からの傾斜角が小さくなる側方上辺Ｆ１，Ｆ２，Ｆ４，Ｆ５とで構成している。これにより、中央上辺Ｆ３及び側方上辺Ｆ１，Ｆ２，Ｆ４，Ｆ５のそれぞれが、異なる角度の入射光を出射可能にし、複数配列された単位プリズム構造体２３が所定の位置ごとで光源からの出射光を分担して受け持つようになり、実光源同士の間に光源を増設したかのように光源光を屈折さて仮想光源を配置できる。その結果、実光源位置も含めて仮想光源の位置を複数点発現させることができ、拡散用部材を増設することによる光量減衰、光利用効率低下を抑止して、簡単にして輝度むらを低減することができる。

また、光学シートを用いたバックライトユニット４１によれば、光学シート１００と、透明基板２１の底面２５に対向配置した光源Ｌとを具備したので、製造コストを増大させずに、高輝度で、且つ輝度むらのない均一な光を平面表示装置に供給することができる。

次に、本発明に係る光学シートの第２の実施の形態について説明する。
図６は単位プリズム構造体が多面の角錐状構造体である第２の実施の形態に係る光学シートの斜視図、図７は異なる角錐状構造体を（ａ），（ｂ）に概念的に表した説明図である。
この実施の形態による光学シート２００は、単位プリズム構造体２３Ａが、相互に異なる二方向に沿って多数個配置され、図６の底面２５と平行な方向の断面である水平断面を四角形状とした多面の角錐状構造体で形成される。すなわち、線状光源とした第１の実施の形態を、点状光源に適用し、光源として複数の点状光源（例えばＬＥＤ）を二次元に等間隔に正方格子状に配列させ、その背後に反射板４３を配置し、光源に対して反射板４３と反対側に、三次元多面立体構造光学シート２００を配置する。その前面に拡散シートを配置することにより、輝度が均一でむらの少ないバックライトユニットを構築する。

より具体的には、フィルム、プラスチック、或いはガラス等の平滑でかつ平面性の良い支持体の面に、単位プリズム構造体（三次元多面体構造体）２３Ａを隣接させて正方格子状に形成する。単位プリズム構造体２３Ａは、シート面に垂直な縦横方向の断面がｎ辺(Ｆ_i=1〜n)から成る多角形状となっているもので、底面は図７（ａ）に示す平坦な正方形とする。すなわち、単位プリズム構造体２３Ａは、横方向の配列ピッチＰ_xと、縦方向の配列ピッチＰ_yとが等しい（Ｐ_x＝Ｐ_y）。図７においては、単位プリズム構造体２３Ａの大きさは、各点状光源ＬＰの配置ピッチに対して誇張して表しており、実際の単位プリズム構造体２３Ａの大きさは十分に小さなものとなる。
また、構造体の頂点部はシートに平行な平面(θ＝９０°)で、端に行くほど軸線３１と成す角度θ_iが小さくなる。但し、θ_i＞１５°とする。光学シート２００の各面の面積s_i（断面の辺長a_iに比例）は、正面輝度が均一となるように、光源から仮想光源までの水平距離x_iに応じて変える。多角形状単位プリズム構造体の面数ｎは、実光源ＣＣＦＬの直径ｄ_CCFLと間隔ｘ_CCFLとすると、５≦ｎ≦ｘ_CCFL/ｄ_CCFLの範囲が好ましい。光源間隔、光源と光学シート２００間の間隔、単位プリズム構造体２３Ａの各面の角度と斜面面積は、実光源と仮想光源の位置が等間隔、或いは輝度が等しくなるように設定する。なお、単位プリズム構造体２３Ａの底面は図７（ｂ）に示すように、横方向の配列ピッチＰ_xと、縦方向の配列ピッチＰ_yとが異なる（Ｐ_x≠Ｐ_y）菱形形状であってもよい。

この光学シート２００によれば、個々の単位プリズム構造体（角錐状構造体）２３Ａを中心として、各上辺で出射した光が相互に異なる二方向で並び、線状構造体を周期配列した場合の発光面における線状の周期的輝度むらを抑制して、面方向で均一な輝度むらのない出射光を得ることができる。

次に、本発明に係る光学シートの第３の実施の形態について説明する。
図８は単位プリズム構造体が凹状の構造体である第３の実施の形態に係る光学シートの要部断面図である。
この実施の形態による光学シート３００は、単位プリズム構造体２３Ｂが、光学シート１００の厚み方向内方に窪む凹状の構造体となる。複数の上辺ｆ１，ｆ２，ｆ３，ｆ４，ｆ５は、底辺２７の中点２９に直交する軸線３１を中心に線対称に形成されている。また、単位プリズム構造体２３Ｂは、軸線３１と交差する中央上辺ｆ３と、軸線３１から離れるに従って、側方上辺ｆ１，ｆ２，ｆ４，ｆ５の軸線３１からの傾斜角が小さく（θ₁＜θ₂＜θ₃，θ₅＜θ₄＜θ₃）なるように形成されている。また、この単位プリズム構造体２３Ｂにおいても、中央上辺ｆ３及び複数の側方上辺ｆ１，ｆ２，ｆ４，ｆ５が、上述したように光源からの距離に応じて異なる長さを有する構成とすることが好ましい。これにより、光源からの距離が大きくなることで減衰する光強度が、出射面積の増大によって補われる。この結果、光源からの距離に依存する輝度むらが低減され、輝度の一層の均一化が可能となる。

この光学シートによれば、凹んだ単位プリズム構造体２３Ｂの各側方上辺からの出射光が軸線３１と平行な出射光となり、これら光の出射が構造体の配列方向で繰り返されることで、輝度むらが抑制される。また、光出射面となる中央上辺ｆ３、側方上辺ｆ１，ｆ２，ｆ４，ｆ５が凹状内に配置され、他部材と接触することによる傷が光出射面に生じ難くなると共に、凹んだ単位プリズム構造体の平坦な稜線に接触することにより、部材の平坦性が保持され易くなる。

図９は単位プリズム構造体が不規則配置された光学シートの断面図である。
なお、上記した各実施の形態による光学シート１００，２００，３００は、単位プリズム構造体２３，２３Ａ，２３Ｂが線状或いは相互に異なる二方向に沿って等間隔で配置される場合を例に説明したが、本発明に係る光学シートは、図９に示すように、単位プリズム構造体２３Ｃ₁，２３Ｃ₂，２３Ｃ₃，２３Ｃ₄…が、不規則配置されるものであってもよい。従って、個々の単位プリズム構造体２３Ｃ₁〜２３Ｃ₄は異なる大きさとなる。このように、単位プリズム構造体２３Ｃ₁〜２３Ｃ₄が不規則配置されることで、各単位プリズム構造体２３Ｃ₁〜２３Ｃ₄から出射される光が一定周期を有しなくなる。これにより、従来、線状或いは格子状に配置された各単位プリズム構造体から出射される周期的な光強度分布と液晶セルやカラーフィルタ構造との重なりに起因するモワレ縞の発生を防止することができる。

なお、本発明に係る光学シートは、上記した実施の形態による構成の他に、単位プリズム構造体を、多面構成ではなく、非円筒状の変曲面や非球面で構成することも考えられる。また、線状光源以外のＬＥＤ等の点光源の場合は、同心円状の多面立体構造体で構成することも考えられる。しかし、いずれの構成であっても、面状の屈折面を有さないために同一方向へ向かう光量を稼ぐことに不利となる。
以上、本発明に係る光学シートは、上記した用途の他、照明装置、面露光装置、透過型展示物のバックライト等に用いても上記と同様の効果を奏するものである。

本発明に係る光学シートの斜視図である。 図１に示した光学シートを構成する単位プリズム構造体の断面図である。 図１に示した光学シートを用いたバックライトユニットの断面図である。 図３に示した光線Ｌ２２、光線Ｌ２３の屈折状況を説明する拡大図である。 一つの単位プリズム構造体とその各上辺が透過させる光源光との関係を表した説明図である。 単位プリズム構造体が多面の角錐状構造体である第２の実施の形態に係る光学シートの斜視図である。 異なる角錐状構造体を（ａ），（ｂ）に概念的に表した説明図である。 単位プリズム構造体が凹状の構造体である第３の実施の形態に係る光学シートの要部断面図である。 単位プリズム構造体が不規則配置された光学シートの断面図である。 液晶表示装置に用いられる従来の直下型バックライトユニットの断面図である。 従来のプリズムシートを用いたバックライトユニットの要部拡大断面図である。 ピラミッド状三次元立体構造体で構成した従来のプリズムシートを用いたバックライトユニットの要部拡大断面図である。

符号の説明

２１ 透明基板
２３，２３Ａ，２３Ｂ 単位プリズム構造体
２５ 底面
２７ 底辺
２９ 底辺の中点
３１ 軸線
４１ バックライトユニット
１００，２００，３００ 光学シート
Ｌ 光源
Ｆ１，Ｆ２，Ｆ４，Ｆ５ 側方上辺
Ｆ３ 中央上辺
ｄ 底面と光源との距離
ｎ 屈折率
ｘ₁₂ 光源と隣接する仮想光源との間の距離
θ 傾斜角
θ₄ 側方上辺Ｆ４が軸線と成す傾斜角

Claims (10)

1. 透明基板上に多数の単位プリズム構造体が連続的に配列された光学シートであって、
   前記光学シートの特定方向における垂直断面形状が、前記光学シートの底面を構成する底辺と、前記単位プリズム構造体のそれぞれが有する２Ｎ+３（Ｎは正整数）個の上辺とを含む多面形状であり、
   前記単位プリズム構造体の複数の上辺が、前記底辺の中点に直交する軸線を中心に線対称に形成され、前記軸線と交差する中央上辺と、前記軸線から離れるに従って前記軸線からの傾斜角を小さく形成した複数の側方上辺とを含む構成とした光学シート。
2. 請求項１記載の光学シートであって、
   前記単位プリズム構造体が、前記特定方向に対する直交方向に沿って連続して形成された線状構造体である光学シート。
3. 請求項１記載の光学シートであって、
   前記単位プリズム構造体が、相互に異なる二方向に沿って多数個配置され、水平断面を四角形状とした多面の角錐状構造体である光学シート。
4. 請求項１〜請求項３のいずれか1項記載の光学シートであって、
   前記単位プリズム構造体が、前記光学シートの厚み方向外方に突出する凸状の構造体である光学シート。
5. 請求項１〜請求項３のいずれか1項記載の光学シートであって、
   前記単位プリズム構造体が、前記光学シートの厚み方向内方に窪む凹状の構造体である光学シート。
6. 請求項１〜請求項５のいずれか1項記載の光学シートであって、
   前記単位プリズム構造体が、不規則配置された光学シート。
7. 請求項１〜請求項６のいずれか1項記載の光学シートであって、
   前記中央上辺が前記底辺と平行である光学シート。
8. 請求項１〜請求項７のいずれか１項記載の光学シートと、
   前記光学シートの透明基板の底面に対向配置した光源と、
   を具備したバックライトユニット。
9. 請求項８記載のバックライトユニットであって、
   前記光学シートが、
   前記透明基板の屈折率をｎ、前記光源と該光源と隣接して設定される仮想光源との間の距離をｘ₁、前記透明基板の底面と前記光源との距離をｄとしたとき、
   前記軸線に対する前記側方上辺の傾斜角θが、
   

   

   ただし、
   

   

   で表される側方上辺を少なくとも含むバックライトユニット。
10. 請求項８または請求項９記載のバックライトユニットであって、
    前記中央上辺及び前記複数の側方上辺が、前記光源からの距離に応じて異なる長さを有するバックライトユニット。

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