JP5423145B2 - 面光源装置、バックライト・ユニット及びディスプレイ装置 - Google Patents

Description

本発明は、照明光路制御に用いられる面光源装置、バックライト・ユニット及びディスプレイ装置に関するものであって、特に、フラットパネルディスプレイに代表される画像表示装置における照明光路制御に使用される面光源装置、バックライト・ユニット及びディスプレイ装置に関するものである。

最近の大型液晶テレビでは、複数本の冷陰極管やＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）を配置した直下型方式のバックライト・ユニットが採用されている。この直下型方式のバックライト・ユニットは、光源からの光を光拡散板で散乱させて射出する面光源装置と、該面光源装置の射出光を集光する光学シートとから構成されている。この光拡散板は、光拡散粒子を分散混合した透明樹脂を板状に成形したものであり、非常に強い光散乱性を有している。これによって、光源からの射出光を拡散することにより、光源としての冷陰極管やＬＥＤなどの光源イメージが視認されないようにしている。

この光拡散板は、上記のように光源が視認されることを抑制する一方で、光拡散効果により光を全方位に拡散させるため、液晶表示装置の画像表示を暗くしてしまうというデメリットも有する。また、この光拡散板においては光散乱性を高く維持するため、通常板厚は１〜５ｍｍ程度に設定されており、この厚みによって光拡散板を透過する光が少なからず吸収され、これによっても液晶画面表示が暗くなってしまう。
さらに、液晶テレビは年々薄型化していく傾向にあり、光拡散板の薄型化も要求され、更なる光拡散性の向上が求められている。

一方で、直下型方式バックライトに使用される光拡散板は、光源である冷陰極管から射出される光を拡散させ、光源が視認されることによる輝度ムラ（ランプイメージ）を低減させることを目的として配置されているが、当該光拡散板をもってしてでも、完全にランプイメージを消すことは困難であった。即ち、ランプイメージを消すことのみを目的として光拡散性を付与する拡散粒子の添加量を増加させた場合には、全光線透過率が下がり過ぎて輝度低下を引き起こす原因となる。一方、全光線透過率を下げないように拡散粒子の添加量を減らすと、十分な拡散効果を得ることはできない。

この問題に対応すべく、特許文献１から３には、光拡散板の射出面にレンズ形状を付加したものが開示されている。このような光拡散板においては、光源の配置に合わせてレンズ形状を設計して該レンズのアライメントを決定することが必要となるため、製造工程が複雑化・煩雑化することがある。また、このレンズ形状を別途付加することによりレンズによる反射光が増加するため、光拡散板の全光線透過率が低下し、液晶表示画面を暗くする場合がある。さらに、光拡散板の上に配置したレンズシートと液晶画素とからモアレ干渉縞が生じる場合も考えられる。

上記のように全光線透過率が低下することの改善策としては、面光源装置の射出面側に配される光学シートとして、米国３Ｍ社の登録商標である輝度向上フィルム（Ｂｒｉｇｈｔｎｅｓｓ Ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ Ｆｉｌｍ、以下ＢＥＦと称する）を用いる手法が知られている。

このＢＥＦは、光透過性の基材上に断面三角形状の単位プリズムが一方向に周期的に配列されることで構成されており、単位プリズムは光の波長に比較して大きいサイズ（ピッチ）となるように形成されている。ＢＥＦにおいては、“軸外（ｏｆｆ-ａｘｉｓ）”からの光を集光し、この光を視聴者に向けて“軸上（ｏｎ-ａｘｉｓ）”に方向転換（ｒｅｄｉｒｅｃｔ）または“リサイクル（ｒｅｃｙｃｌｅ）”することができる。即ち、ＢＥＦは、ディスプレイの使用時に、軸外輝度を低下させるととおに軸上輝度を増大させる機能を有している。なお、「軸上」とは、視聴者の視野方向に一致する方向であり、一般的にはディスプレイ画面に対する法線方向を示している。

ところが、このＢＥＦを用いた場合、同時に反射／屈折作用による光成分が視聴者の視覚方向に進むことなく横方向に無駄に射出されるという現象が生ずる。即ち、ＢＥＦを用いた場合、軸上方向における光強度が最も高められる一方で、視野角±９０°近辺に小さな光強度ピーク（サイドローブ）が発生し、横方向から無駄に射出される光が増えてしまう。

このようなＢＥＦの問題を解決するためには、拡散及び集光の両方の機能を持つ拡散フィルムをＢＥＦと液晶制御パネルとの間に配置することが有効である。これにより、上記サイドローブの発生を抑制することができ、さらに、規則的に配列されたレンズと液晶画素との間に生じるモアレ干渉縞を防ぐことも可能となる。一方、拡散フィルムを光拡散板とＢＥＦとの間に配置すれば、光拡散板から射出される拡散光を効率よく集光することができるとともに、当該光拡散板だけでは消しきれない光源の視認性を抑えることも可能となる。

しかしながら、拡散フィルムを用いた場合、部品点数が増加して、ディスプレイ装置の組立て時の作業が煩雑になるとともに、製造コストが増加するという問題が生ずる。このような問題を解決すべく、例えば特許文献４には、ＢＥＦに代わる光学フィルムとして単位プリズムのみが形成されたもの用いるのではなく、光偏向レンズを二次元方向に一定のピッチで配列してなるアレイ構造の光学フィルムを用いたバックライト・ユニットが開示されている。この光学フィルムを用いることにより、サイドローブの発生を抑えることができる。

特開２００７−１０３３２１号公報 特開２００７−１２５１７号公報 特開２００６−１９５２７６号公報 特開２００７−２１３０３５号公報

ところで、近年のディスプレイ装置においては現状以上の薄型化が要求されており、この要求に応えるためにはバックライト・ユニットの面光源装置における光拡散板の厚みをさらに薄くする必要がある。
しかしながら、光拡散板を薄くすればその光散乱特性が低下してしまうため、ランプイメージの視認や輝度ムラを防止するためには一定以上の厚みがなければならない。一方、光拡散板に含有される光拡散粒子の量を増加させて単位厚み当たりの光散乱性を向上することも考えられるが、この場合、全光線透過率が著しく低下し、画面表示が極端に暗くなってしまう。

本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであって、画面表示の輝度向上を図りながら画面の輝度ムラを解消することができ、さらに、薄型化を図ることが可能な面光源装置、バックライト・ユニット及びディスプレイ装置を提供することを目的とする。

前記課題を解決するため、本発明は以下の手段を提案している。
即ち、本発明に係る面光源装置は、背面側に突曲する谷部と正面側に突曲する山部とが交互に連続する波形板状に成形され、前記背面側を向く板面が入射面とされるとともに前記正面側を向く板面が射出面とされた透明樹脂からなる波形拡散部と、該波形拡散部の前記正面側に配置された光拡散板と、前記波形拡散部の前記背面側に配置された反射板と、
前記波形拡散部と前記反射板との間に配置された光源とを備え、前記波形拡散部の前記射出面の前記谷部と前記山部とに沿って、光偏向要素が成形されることを特徴としている。

このような特徴の面光源装置においては、光源からの射出光は直接的に波形拡散部に入射しあるいは該光源の背面側に配置された反射板を介して波形拡散部に入射する。ここで、波形拡散部が谷部と山部とが交互に連続する波形板状をなしているため、該波形拡散部に入射する光は山部及び谷部の形状に応じて入射面及び射出面にて様々な方向に屈折する。これにより、波形拡散部を通過する光に光散乱性を与えることができる。そして、該波形拡散部から射出される光は光拡散板によってさらに拡散させられて正面側へと射出される。
このように、波形拡散部によって光源からの射出光を効果的に拡散させることができるため、光拡散板を薄く成形しても面光源装置からの射出光を光散乱性の高いものとすることができる。また、波形拡散部は透明樹脂からなるため、該波形拡散部を通過する光が波形拡散部内に吸収されることはほとんどなく、輝度の高い光を射出することができる。
さらに、、波形拡散部の入射面に垂直に近い角度で入射する光、即ち、該入射面に対して小さい入射角で入射する光を、射出面に形成された光偏向要素により光源側へと全反射することができる。そして、この全反射された光が反射板により反射されて、波形拡散部の入射面に垂直方向から傾斜して入射、即ち、入射角を大きくして入射することにより、該波形拡散部の入射面及び射出面で大きく屈折する。これにより、波形拡散部を通過する光をさらに拡散させて、輝度ムラのない射出光を射出することができる。

本発明に係る面光源装置においては、前記波形拡散部の各前記谷部と前記反射板とが当接し、前記波形拡散部の前記山部と前記反射板との間の空間に前記光源が配置されていることを特徴としている。
このような構成とすることにより、面光源装置自体のコンパクト化を図ることができ、該面光源装置を薄型にすることが可能となる。

本発明に係る面光源装置においては、前記光偏向要素は、長尺状の単位レンズが複数並行して配列されてなり、前記単位レンズが、前記谷部と前記山部とが連続する方向に延在することを特徴としている。

このような特徴の面光源装置によれば、波形拡散部の入射面に垂直に近い角度で入射する光、即ち、該入射面に対して小さい入射角で入射する光を各単位レンズが光源側に向けて全反射し、さらにこの光が反射板により反射されて波形拡散部の入射面に傾斜した角度から再入射することにより、特に単位レンズの配列方向である波形拡散部の谷部と山部とが連続する方向に光を屈折させて、当該方向の光の拡散性を向上させることが可能となる。これにより、波形拡散部の谷部と山部とが連続する方向の視野角の違いによる輝度ムラを効果的に低減させることが可能となる。

また、本発明に係る面光源装置においては、前記光偏向要素は、長尺状の単位レンズが複数並行して配列されてなり、前記単位レンズが、前記谷部と前記山部とが連続する方向に直交する方向に延在することを特徴としている。

このような特徴の面光源装置によれば、波形拡散部の入射面に垂直に近い角度で入射する光、即ち、該入射面に対して小さい入射角で入射する光を各単位レンズが光源側に向けて全反射し、さらにこの光が反射板により反射されて波形拡散部の入射面に傾斜した角度から再入射することにより、特に単位レンズの配列方向である波形拡散部の谷部と山部とが連続する方向に直交する方向に光を屈折させて、当該方向の光の拡散性を一層向上させることが可能となる。これにより、波形拡散部の谷部と山部とが連続する方向に直交する方向の視野角の違いによる輝度ムラを効果的に低減させることが可能となる。

また、本発明に係る面光源装置においては、上記単位レンズは、プリズム形状又はレンチキュラーレンズ形状をなしていることが好ましい。
これによって、波形拡散部の入射面に垂直に近い角度で入射する光、即ち、該入射面に対して小さい入射角で入射する光を各単位レンズが光源側に向けて確実に全反射させることができるため、波形拡散部を通過する光の拡散性の向上を確実に図ることが可能となる。

本発明に係る面光源装置においては、前記光偏向要素が、単位レンズを複数格子状に配列してなるものであってもよい。

このような特徴の面光源装置によれば、波形拡散部の入射面に垂直に近い角度で入射する光、即ち、該入射面に対して小さい入射角で入射する光を各単位レンズが光源側に向けて全反射し、さらにこの光が反射板により反射されて波形拡散部の入射面に傾斜した角度から再入射することにより、単位レンズの配列方向でに光を屈折させて、当該方向の光の拡散性を向上させることが可能となる。これにより、単位レンズの配列方向の視野角の違いによる輝度ムラを効果的に低減させることが可能となる。

また、本発明に係る面光源装置においては、上記格子状に配列された単位レンズが、略半球状あるいは略楕円半球状のマイクロレンズ形状、又は、多角錐形状をなしていることが好ましい。
これによっても、波形拡散部の入射面に垂直に近い角度で入射する光、即ち、該入射面に対して小さい入射角で入射する光を各単位レンズが光源側に向けて確実に全反射させることができるため、波形拡散部を通過する光の拡散性の向上を確実に図ることが可能となる。

本発明に係るバックライト・ユニットは、上記面光源装置の正面側に、少なくとも一の光学シートが積層されてなることを特徴としている。

このような特徴のバックライト・ユニットによれば、波形拡散部及び光拡散板を通過した輝度及び拡散性の高い光が光学シートによって正面側へと集光されて射出される。これにより、バックライト・ユニットから射出される光の輝度をさらに向上させることができる。

本発明に係るディスプレイ装置は、バックライト・ユニットの正面側に、画素単位で光を透過又は遮光して画像を表示する画像表示素子が積層されてなることを特徴としている。

このような特徴のディスプレイ装置によれば、上記バックライト・ユニットを備えていることにより、輝度の向上、輝度ムラの低減及び装置自体の薄型化を図ることが可能となる。

本発明の面光源装置、バックライト・ユニット及びディスプレイ装置によれば、光源から射出された光が波形拡散部を通過して光拡散板に入射する構成としたことにより、画面表示の輝度向上を図りながら画面の輝度ムラを解消することができ、さらに、薄型化を図ることが可能となる。

実施形態に係るディスプレイ装置の縦断面図である。 図１における波形拡散部、光源及び反射板の斜視図である。 図１における波形拡散部の斜視図である。 図３におけるＡ方向矢視図である。 図３におけるＢ方向矢視図である。 図１における波形拡散部を平板状とした場合の斜視図である。 波形拡散部による光学的作用を説明する模式図である。 射出面に光偏向要素が形成された平板状の導光板における光学的作用を説明する模式図である。 射出面に三角プリズムが形成されたレンズシートの斜視図である。 射出面及び入射面に互いに直交する三角プリズムが形成されたレンズシートの斜視図である。 射出面に四角錐状の単位レンズが形成されたレンズシートの斜視図である。 射出面にマイクロレンズ形状の単位レンズが形成されたレンズシートの斜視図である。 山部および谷部の先端が尖った形状をなしてこれら山部及び谷部を接続する傾斜部が直線状をなす波形拡散部を備えたバックライト・ユニットの縦断面図である。 山部および谷部の先端が平坦状をなしてこれら山部及び谷部を接続する傾斜部が直線状をなす波形拡散部を備えたバックライト・ユニットの縦断面図である。 図１４に示すバックライト・ユニットにおいて、光源をＣＣＦｌとした場合の縦断面図である。 波形拡散部が略サイクロイド形状をなす場合におけるバックライト・ユニットの縦断面図である。 図１６に示すバックライト・ユニットにおいて、光源をＣＣＦｌとした場合の縦断面図である 谷部に光偏向要素が形成されていない波形拡散部、光源及び反射板の斜視図である。 プリズム形状をなす光偏向要素が山部及び谷部の延在方向に直交する方向に延びる波形拡散部、光源及び反射板の斜視図である。 プリズム形状をなす光偏向要素が山部及び谷部の延在方向に延びる波形拡散部、光源及び反射板の斜視図である。

以下、本発明の実施形態について添付図面に基づいて詳細に説明する。図１は本実施形態のディスプレイ装置の縦断面図である。なお、図１において各構成要素の縮図は実際とは一致しない。また、図１における上側を正面側あるいは正面方向、下側を背面側と称する。

図１に示すように、ディスプレイ装置２２は、正面方向に光を照射するバックライト・ユニット２１の正面側に、画像表示素子１５を重ねて設けることで構成される液晶表示装置であり、画像表示素子１５から観察者側に向けて画像信号によって表示制御された表示光を射出することで画像を表示するものである。

画像表示素子１５は、２枚の偏光板（偏光フィルター）１６、１６と、その間に狭持された液晶パネル１７とから構成されている。液晶パネル１７は、たとえば、２枚のガラス基板の間に液晶層が充填されることで構成されており、バックライト・ユニット２１から射出された光は、正面側の偏光フィルター１６を介して液晶パネル１７に入射され、背面側の偏光フィルター１６を介し正面方向に射出されることになる。

画像表示素子１５は、画素単位で光を透過／遮光して画像を表示する素子であることが好ましく、これにより、画像品位の高い画像を表示させることができる。
また、この画像表示素子１５は、液晶表示素子であることが好ましい。この液晶表示素子は、画素単位で光を透過／遮光して画像を表示する代表的な素子であり、他の表示素子に比べて、画像品位を高くすることができるとともに、製造コストを低減することができる。

バックライト・ユニット２１は、画像表示素子１５の光入射側、即ち、背面側の偏光フィルター１６に臨ませて配置された照明光路制御用の光学シート１４と、該光学シート１４を照射する面光源装置２０とから構成されている。

光学シート１４は、例えば、フィルム状に形成されて光透過性を有する透光性基材の背面側を向く面、即ち、射出面に、レンズアレイが一体形成されることにより構成されている。このレンズアレイは、例えば複数のプリズムやレンチキュラーレンズなどのレンズが並設されることで構成されている。本実施形態のバックライト・ユニット２１においては、このような光学シート１４が複数積層されていてもよいし、単一のものであってもよい。

なお、上記レンズアレイは、透光性基材上にＵＶや放射線硬化樹脂を用いて成形されるとしてもよいし、例えば、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＣ（ポリカーボネート）、ＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）、ＣＯＰ（シクロオレフィンポリマー）、アクリルニトリルスチレン共重合体などを用いて、周知の押し出し成形法、射出成型法、あるいは熱プレス成型法によって透光性基材と一体成形されてもよい。

面光源装置２０は、光源１１と、反射板１０と、波形拡散部１２と、光拡散板１３とから構成されている。

光源１１としては、図１及び図２に示すように、光を放射状に射出可能な点光源が採用されており、本実施形態においては、この点光源としての光源１１が面光源装置２０における光の射出面に沿った二次元方向にマトリックス状に配置されている。そして、このようにマトリックス状に配置された光源１１の背面側及び側方を覆うようにして、上方が開口する矩形箱型状に構成された反射板１０が設けられている。即ち、光源１１は、反射板１０がなす箱型状の底部に配列固定されており、これにより面光源装置２０は、正面側へと光を照射するいわゆる直下型方式の発光装置をなしている。
なお、反射板１０は、光を高効率で反射可能な部材であればよく、例えば、一般的な反射フィルム、反射板などを使用することができる。

この点光源としての光源１１は、例えばＬＥＤ（発光ダイオード）から構成されている。このＬＥＤとしては、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）などのカラーＬＥＤや、白色ＬＥＤなどが挙げられ、白色ＬＥＤとしては、上記Ｒ・Ｇ・Ｂ各色のチップがユニット化されたマルチチップタイプ、青色や紫色、紫外、近紫外ＬＥＤと１色以上の蛍光体とで白色を得るシングルチップタイプなどが挙げられる。
なお、この他、点光源として、例えば通常の蛍光ランプ、ハロゲンランプ、半導体レーザーなどを用いてもよい。

また、光源１１としては、線状光源であってもよい。線状光源の例としては、蛍光灯、冷陰極管（ＣＣＦＬ）あるいはＥＥＦＬといったランプ光源などが挙げられ、このような線状光源が、反射板１０がなす箱型状の底部に沿って互いに平行となるように配列固定される。

波形拡散部１２は、図１から図５に示すように、正面側に突曲する山部１２１と背面側に突曲する谷部１２２とが交互に連続する波型板状をなしている。これら山部１２１及び谷部１２２はそれぞれ一方向（図１においては紙面奥行き方向）に向かって延在しており、したがって本実施形態における波形拡散部１２は、山部１２１及び谷部１２２の延在方向に直交する方向に向かって正面側及び背面側に蛇行する波形状をなしている。

また、隣り合う山部１２１及び谷部１２２の高低差は全て同一とされており、これにより、各山部１２１に接する平面と、各谷部１２２に接する平面とが平行をなしている。さらに、山部１２１と谷部１２２とを接続する部分は傾斜部１２３とされており、本実施形態においては、山部１２１及び谷部１２２がそれぞれ丸みを帯びており、このような山部１２１及び谷部１２２が傾斜部１２３で滑らかに接続されることによって、山部１２１及び谷部１２２に直交する断面においてサインカーブを描いたような形状をなしている。

また、波形拡散部１２の背面側を向く板面は光源１１からの射出光が入射する入射面１２ａとされるとともに、正面側を向く板面は入射面１２ａから入射した光が射出する射出面１２ｂとされており、後者の上記射出面１２ｂには、光偏向要素１２４（図１及び４において図示省略）が成形されている。

この光偏向要素１２４は、本実施形態においては、山部１２１と谷部１２２が交互に連続する方向、即ち、上記サインカーブに沿った方向に延在する長尺状の単位レンズ１２５が複数並行して配列されることにより構成されている。これにより、山部１２１及び谷部１２２の延在方向に向かって複数の単位レンズ１２５が配列されている。また、この単位レンズ１２５として、本実施形態においては、該単位レンズ１２５の延在方向に直交する断面視においてレンズ面が円弧状をなすレンチキュラーレンズを採用している。
即ち、波形拡散部１２は、図６に示すように、一方向に向かって延在するレンチキュラーレンズ１００ａが複数並行して配列された平板状のレンズシート１００を、波型に成形した形状をなしているのである。
なお、この波形拡散部１２のサインカーブの周期は光源１１の配置距離に従って決定される。

このような波形拡散部１２は、図１及び図２に示すように、各谷部１２２が反射板１０上、即ち、反射板１０の箱型形状の底部上に接するように配置される。この際、各光源１１は、波形拡散部１２と反射板１０との間に位置しており、これにより、各光源１１が波形拡散部１２の山部１２１の背面側に位置して、該光源１１の側方及び正面側の全域が波形拡散部１２に覆われることになる。

また、図１に示すように、該波形拡散部１２の側方は、反射板１０の箱型形状の側板部によって覆われている。この際、該側板部の上端と波形拡散部１２の各山部１２１とが同一平面状に位置しており、即ち、反射板１０の上記底部を基準とした該反射板１０の側板部上端の高さと波形拡散部１２の各山部１２１の高さとが同一となるように構成されている。

このような波形拡散部１２を製造する際には、まず、光透過性の透明樹脂から形成されたシート状の基材の一方側の面に光偏向要素１２４を成形する。
上記基材を形成する透明樹脂としては例えば、アクリル樹脂、ポリスチレン（ＰＳ）樹脂、メタアクリルスチレン共重合体（ＭＳ）樹脂、ポリカーボネート（ＰＣ）樹脂、アクリロニトリルスチレン共重合体（ＡＳ）樹脂、シクロオレフィンポリマー（ＣＯＰ）等や、これらを成分とする共重合体若しくはこれらの樹脂の混合物が用いられる。
また、光偏向要素１２４は、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＣ（ポリカーボネイト）、ＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）、ＣＯＰ（シクロオレフィンポリマー）等を用いて、当該技術分野では良く知られている熱可塑性樹脂を用いたプレス成形又は押し出し成形、キャスト法もしくはインジェクション法により上記第基材と一体成形されても良いし、上記基材の一方の面上に紫外線固化樹脂を配置する紫外線キュアリング成型法、即ち、ＵＶ硬化法によって形成しても良い。このＵＶ硬化法で作成する場合、基材の一方の面上にＵＶ硬化性の樹脂を塗布し、所望の形状の金型を押し当て、その後ＵＶ照射することで光偏向要素を成形する。
次に、このように基材上に光偏向要素１２４を成形したシート状のものを波型に折り曲げる。この際、サインカーブを描く金型を用いてもよいし、波型形状に支持するための支持部材を用いてもよい。そして、このように波型に折り曲げられたシート状のものを、例えば１００℃のオーブンに入れて加熱し、その後冷却することにより、波型形状をなす波形拡散部１２を得ることができる。

また、この波形拡散部１２の厚みは、光源１１の間隔をパラメータｄとすると、０．２×ｄ以上１．０×ｄ以下とされることが好ましい。厚みが０．２×ｄを下回る場合、光拡散性の効果が薄く、剛性も小さくなってしまう。一方、厚みが１．０×ｄを上回る場合には、薄型化が阻害され、当該波形拡散部１２を用いて光拡散性を与える必要性が薄くなってしまい、また、加工に耐えうる柔軟性もないからである。

光拡散板１３は、光拡散領域が分散された透明樹脂板状が板状に成形されることで構成されており、その背面側を向く板面が波形拡散部１２の各山部１２１及び反射板１０の側壁部の上端に当接している。これにより、波形拡散部１２が光拡散板１３及び反射板１０によって封止された構造をなすことになる。

この光拡散板１３の材料である透明樹脂としては、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂などを用いることができ、例えば、ポリカーボネート樹脂、アクリル系樹脂、フッ素系アクリル樹脂、シリコーン系アクリル樹脂、エポキシアクリレート樹脂、ポリスチレン樹脂、シクロオレフィンポリマー、メチルスチレン樹脂、フルオレン樹脂、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリプロピレン、アクリルニトリルスチレン共重合体、アクリロニトリルポリスチレン共重合体などを用いることができる。

光拡散領域は、光拡散粒子からなることが好ましい。好適な拡散性能を容易に得ることができるためである。光拡散粒子としては、無機酸化物または樹脂からなる透明粒子を用いることができる。無機酸化物からなる透明粒子としては、例えば、シリカ、アルミナなどを用いることができる。また、樹脂からなる透明粒子としては、アクリル粒子、スチレン粒子、スチレンアクリル粒子及びその架橋体、メラミン・ホルマリン縮合物の粒子、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、ＰＦＡ（ペルフルオロアルコキシ樹脂）、ＦＥＰ（テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体）、ＰＶＤＦ（ポリフルオロビニリデン）、及びＥＴＦＥ（エチレン・テトラフルオロエチレン共重合体）などのフッ素ポリマー粒子、シリコーン樹脂粒子などを用いることができる。
また、上述した透明粒子から２種類以上の透明粒子を組み合わせて使用してもよい。さらにまた、透明粒子の大きさ、形状は、特に規定されない。

光拡散領域として光拡散粒子を用いた場合には、光拡散板１３の厚さが０．１〜５ｍｍであることが好ましい。
光拡散板１３の厚みが０．１〜５ｍｍである場合には、最適な拡散性能と輝度を得ることができる。逆に、０．１ｍｍ未満の場合には、拡散性能が足りず、５ｍｍを超える場合には、樹脂量が多いため吸収による輝度低下が生じる。

なお、透明樹脂として熱可塑性樹脂を用いた場合には、光拡散領域として気泡を用いても良い。熱可塑性樹脂の内部に形成された気泡の内部表面が光の乱反射を生じさせ、光拡散粒子を分散させた場合と同等以上の光拡散機能を発現させることができる。そのため、光拡散板１３の膜厚をより薄くすることが可能となる。

このような光拡散板１３として、具体的には、白色ＰＥＴや白色ＰＰなどを挙げることができる。白色ＰＥＴは、ＰＥＴと相溶性のない樹脂や酸化チタン（ＴｉＯ２）、硫酸化バリウム（ＢａＳＯ４）、炭酸カルシウムのようなフィラーをＰＥＴに分散させた後、該ＰＥＴを２軸延伸法で延伸することにより、該フィラーの周りに気泡を発生させて形成する。

なお、熱可塑性樹脂からなる光拡散板１３は、少なくとも１軸方向に延伸されてなればよい。少なくとも１軸方向に延伸させれば、フィラーの周りに気泡を発生させることができるためである。

熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレン−２、６−ナフレート、ポリプロピレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、シクロヘキサンジメタノール共重合ポリエステル樹脂、イソフタル酸共重合ポリエステル樹脂、スポログリコール共重合ポリエステル樹脂、フルオレン共重合ポリエステル樹脂などのポリエステル系樹脂、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリメチルペンテン、脂環式オレフィン共重合樹脂などのポリオレフィン系樹脂、ポリメチルメタクリレートなどのアクリル樹脂、ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリアミド、ポリエーテル、ポリエステルアミド、ポリエーテルエステル、ポリ塩化ビニル、シクロオレフィンポリマー、およびこれらを成分とする共重合体、またこれら樹脂の混合物などを用いることができ、特に制限されることはない。

光拡散領域として気泡を用いた場合には、光拡散板１３の厚さが２５〜５００μｍであることが好ましい。
光拡散板１３の厚さが２５μｍ未満の場合には、シートのこしが不足し、製造工程やディスプレイ内でしわを発生しやすくなるので好ましくない。また、光拡散板１３の厚さが５００μｍを超える場合には、光学性能についてはとくに問題ないが、剛性が増すためロール状に加工しにくい、スリットが容易にできないなど、従来の光拡散板と比較して得られる薄さの利点が少なくなるので好ましくない。

以上のような各部材により、本実施形態における面光源装置２０は、背面側に突曲する谷部１２２と正面側に突曲する山部１２１とが交互に連続する波形板状に成形され、背面側を向く板面が入射面１２ａとされるとともに正面側を向く板面が射出面１２ｂとされた透明樹脂からなる波形拡散部１２と、該波形拡散部１２の正面側に配置された光拡散板１３と、波形拡散部１２の背面側に配置された反射板１０と、波形拡散部１２と反射板１０との間に配置された光源１１とを備える構成をなしている。

そして、このような面光源装置２０の正面側に、少なくとも一の光学シート１４が積層されることで本実施形態のバックライト・ユニット２１が構成され、該バックライト・ユニット２１の正面側に、画像表示素子１５が積層されることで本実施形態のディスプレイ装置２２が構成されているのである。

次に、ディスプレイ装置２２の光学的作用について説明する。
光源１１から射出された光は、直接的に波形拡散部１２の入射面１２ａに入射し、あるいは該光源１１の背面側に配置された反射板１０での反射を介して波形拡散部１２の入射面１２ａに入射し、該波形拡散部１２内部を通過して射出面１２ｂから射出される。この際、上記光は、波形拡散部１２の入射面１２ａと空気との界面、射出面１２ｂと空気との界面でそれぞれ屈折する。

上記波形拡散部１２の射出面１２ｂから射出された光は、該波形拡散部１２の正面側に配置された光拡散板１３に入射する。なお、波形拡散部１２と光拡散板１３とが接触している箇所については、波形拡散部１２から光拡散板１３へと直接的に光が入射し、当該光はこれら波形拡散部１２と光拡散板１３との境界面にて屈折する。
この光拡散板１３に入射した光は、光拡散板１３内に分散混入された光拡散領域にて適宜散乱効果が付与されて正面側へと射出される。

そして、光拡散板１３から射出された光は、光学シート１４に入射し、正面側に集光された後、画像表示素子１５へと向かって射出される。その後、光学シート１４から射出された光は、画像表示素子１５の偏光フィルター１６、液晶パネル１７及び偏光フィルター１６を介して、所定の画素領域から光が表示光として透過され、輝度が高くある程度の視野角を有する画像が表示される。

ここで、本実施形態においては、波形拡散部１２が山部１２１と谷部１２２とが交互に連続する波形板状をなしているため、該波形拡散部１２に入射する光は山部１２１及び１２２谷部の形状に応じて入射面１２ａ及び射出面１２ｂにて様々な方向に屈折させられる。即ち、これら波形状をなす入射面１２ａ及び射出面１２ｂにより光を屈折させることにより波形拡散部１２を通過する光に光散乱性を与えることができるのである。そして、このように波形拡散部１２にてある程度の光散乱性が付与された光が光拡散板１３によってさらに拡散させられて正面側へと射出される。

このように、波形拡散部１２によって光源１１からの射出光を拡散させることができるため、面光源装置２０からの射出光を光散乱性の高いものとすることができる。つまり、本実施形態においては、波形拡散部１２と光拡散板１３との二段階により光源１１からの射出光に拡散性を付与しているのである。これは、単に光拡散板１３のみによって拡散性を付与することに比べて、以下のような利点を有する。

即ち、波形拡散部１２を用いずに光拡散板１３のみによって光源１１からの光に拡散性を付与しようとした場合、光拡散板１３による拡散効果を高く維持するためには、該光拡散板１３の板厚を少なくとも１ｍｍ程度に設定する必要がある。このように厚みを設定した場合、当該光拡散板１３を通過する過程において光吸収が大きく、正面側に向けて輝度の高い光を射出することができない。
この点、波形拡散部１２は透明樹脂から成形されているため、該波形拡散部１２を通過する光が吸収されることはほとんどない。よって、波形拡散部１２を通過する光は、輝度を高く維持しながら、ある程度の拡散性が付与されて射出される。したがって、波形拡散部１２により光に拡散性が付与されることにより、光拡散板１３を薄く成形したとしても、面光源装置２０から射出される光の拡散性を十分に高いものとすることができるのである。

よって、本実施形態の面光源装置２０においては、波形拡散部１２と光拡散板１３との二段階によって光源１１からの光に拡散性を付与することで、画面表示の輝度向上を図りながら画面の輝度ムラを解消することができ、さらに、面光源装置２０自体の薄型化を図ることが可能となる。

また、本実施形態においては、波形拡散部１２の各谷部１２２と反射板１０とが当接し、光源１１が波形拡散部１２の山部１２１と反射板１０との間の空間に配置されているため、面光源装置２０をコンパクトな構成とすることができる。

さらに、上述のように本実施形態においては、波形拡散部１２の射出面１２ｂに、光偏向要素１２４が形成されている。これにより、図７の波形拡散部１２の波形に応じた模式図に示すように、波形拡散部１２の入射面１２ａに垂直に近い角度で入射する光Ｌ１ａ，Ｌ１ｂ、即ち、入射角を小さくして入射する光Ｌ１ａ，Ｌ１ｂを光源１１側へと全反射することができる。このような光Ｌ１ａ，Ｌ１ｂは、光偏向要素１２４と空気との界面に、臨界角を超える角度で入射することにより全反射される。

そして、この全反射された光は、反射板１０により反射され、波形拡散部１２の入射面１２ａに垂直方向から傾斜して再入射、即ち、入射角を大きくして再入射する。そして、該波形拡散部１２の入射面１２ａ及び射出面１２ｂで大きく屈折させられて射出される。即ち、光偏向要素１２４を成形したことにより、波形拡散部１２を通過する光をさらに拡散させて、より輝度ムラのない射出光を射出することが可能となるのである。

このような作用効果は、波形拡散部１２が波形状をなすとともに射出面１２ｂに光偏向要素１２４が形成されて初めて発揮し得るものである。この点、例えば、図８に示すように、射出面に光偏向要素１０１ａが形成された平板状の導光板１０１においては、光源１１から見て正面側に射出される光Ｌ１は光偏向要素１０１ａと空気との界面に臨界角を超えて入射することにより光源１１側に全反射されるものの、正面方向から傾斜した方向に射出される光Ｌ２，Ｌ３は、全反射されることはなく、正面側へと屈折し、または直進して射出される。したがって、光拡散性を向上させることはできない。
これに対し、本実施形態においては、波形状をなす波形拡散部１２の入射面１２ａに光源１１からの光が垂直に近い角度で入射し、この光が全反射させられて反射板１０での反射を介して再度波形拡散部１２に入射角を大きくして入射することで、当該光を効果的に屈折させて、光拡散性を向上させることができるのである。

また、波形拡散部１２は、上記機能の他、光拡散板１３及び光学シート１４を支持する機能を有している。従来においては、光拡散板１３や光学シート１４を支持するためにピンなどの支持部材が必要であったが、波型形状をなす波形拡散部１２の山部１２１と光拡散板１３とが接触することにより光拡散板１３及びこれに積層される光学シート１４を支持することができる。

さらに、この波形拡散部１２を使用することにより、光拡散板１３の撓みを防止することができる。従来、光拡散板１３の撓みを防止するには該光拡散板１３の厚みを大きくするしかなかったが、波形拡散部１２の複数の山部１２１が光拡散板１３に接触することにより、光拡散板１３を薄く形成しても撓みが発生するのを防止することができる。即ち、波形拡散部１２を使用することにより、光拡散板１３の薄型化及び撓み防止を同時に図ることが可能となる。

以上、本発明での実施形態について詳細に説明したが、本発明の技術的思想を逸脱しない限り、これらに限定されることはなく多少の設計変更なども可能である。

例えば、実施形態における波形拡散部１２は、一方向に向かって延在するレンチキュラーレンズ１００ａが複数並行して配列された平板状のレンズシート１００を、波型に成形した形状をなしているものであったが、下記の形状をなしているものであってもよい。

例えば、波形拡散部１２が、図９に示すように、一方向に向かって延在する三角プリズム１０２ａが複数並行して配列された平板状のレンズシート１０２を、波型に成形した形状をなすものであってもよい。

また、波形拡散部１２が、図１０に示すように、射出面側（図１０の上側）に一方向に向かって延在する三角プリズム１０３ａが複数並行して配列されるとともに、入射面側（図１０の下側）に上記三角プリズム１０３ａの延在方向と直交する方向に延在する三角プリズム１０３ｂが複数並行して配列された平板状のレンズシート１０３を、波型に成形した形状をなすものであってもよい。

さらに、波形拡散部１２が、図１１に示すように、射出面側（図１１の上側）に四角錐状をなす単位レンズ１０４ａが格子状に複数配列された平板状のレンズシート１０４を、波型に成形した形状をなすものであってもよい。

さらにまた、波形拡散部１２が、図１２に示すように、射出面側（図１２の上側）にマイクロレンズ形状をなす単位レンズ１０５ａが格子状に複数配列された平板状のレンズシート１０５を、波型に成形した形状をなすものであってもよい。

なお、いずれの形状の光偏向要素１２４であっても射出面１２ｂ側のみならず入射面１２ａ側に形成されていてもよい。さらに、光偏向要素１２４が一方向に延在する形状の場合、入射面１２ａ側と射出面１２ｂ側とが交差する方向に延在していてもよいし、並行に延在していてもよい。
また、光偏向要素１２４を構成するレンズの形状、ピッチ及び高さがそれぞれ異なるものであってもよい。
これによって、光偏向要素１２４による拡散効果を適宜高めることができる。

一方、上記説明した面光源装置２０においては波形拡散部１２がサインカーブを描く波型形状をなしていたが、これに代えて、例えば図１３に示すように、山部１２１および谷部１２２の先端が尖った形状をなし、これら山部１２１及び谷部１２２を接続する傾斜部１２３が直線状をなした波型形状であってもよい。

また、図１３に示すように、上記傾斜部１２３が直線状をなす波型形状において、その山部１２１と谷部１２２の先端がそれぞれ平行な平坦状をなすものであってもよい。このような形状は、オーブンに入れて加熱して波型を成形する再に、山部１２１となり得る部分及び谷部１２２となり得る部分を板状の部材で押圧して平坦状にすることで容易に成形することができる。
このように山部１２１及び谷部１２２が平坦状をなす場合、反射板１０及び光拡散板１３と波形拡散部１２とを強固に固定一体化させることができる。
なお、この場合、図１４に示すように、光源１１として紙面奥行き方向に延びる円柱状をなすＣＣＦｌを用いて、当該光源１１が波形拡散部１２の山部１２１の背面側において該山部１２１と反射板１０との中間に配置されていてもよい。

さらに、例えば図１６に示すように、波形拡散部１２の山部１２１が滑らかな凸円弧形状をなすとともに、山部１２１の凸円弧形状同士が接することにより窄まった凸形状をなす谷部１２２を備えた、略サイクロイドカーブ形状の波形拡散部１２であってもよい。
なお、この場合においても、図１７に示すように、光源１１として紙面奥行き方向に延びる円柱状をなすＣＣＦｌを用いて、当該光源１１が波形拡散部１２の山部１２１の背面側において該山部１２１と反射板１０との中間に配置されていてもよい。

また、図１８に示すように、レンチキュラーレンズが複数配列された光偏向要素１２４を有する波形拡散部１２において、谷部１２２において当該光偏向要素１２４が形成されていないものであってもよい。波形拡散部１２の谷部１２２は反射板１０と接近した位置にあるため該反射板１０の反射を介して背面側から入射する光が少なく、さらに、光拡散板１３と離間した位置にあるため、輝度ムラへの影響が少ないからである。

なお、図１２に示すような三角プリズム１０２ａが配列されたレンズシート１０２を、傾斜部１２３が直線状をなして山部１２１及び谷部１２２が尖った波形状に成形した波形拡散部１２は、図１９又は図２０に示すようになる。

図１９においては、山部１２１及び谷部１２２の延在方向と三角プリズム１０２ａの延在方向は直交しており、即ち、光偏向要素１２４が波形に沿って延在している。
この場合、波形拡散部１２の入射面１２ａに垂直に近い角度で入射する光、即ち、該入射面１２ａに対して小さい入射角で入射する光を三角プリズムからなる光偏向要素１２４が光源側に向けて全反射し、さらにこの光が反射板により反射されて波形拡散部１２の入射面１２ａに傾斜した角度から再入射することにより、特に各三角プリズム１０２ａの配列方向である波形拡散部１２の谷部１２２と山部１２１とが連続する方向に直交する方向に光を屈折させて、当該方向の光の拡散性を一層向上させることが可能となる。これにより、波形拡散部１２の谷部１２２と山部１２１とが連続する方向に直交する方向の視野角の違いによる輝度ムラを効果的に低減させることが可能となる。

また、図２０においては、山部１２１及び谷部１２２の延在方向と三角プリズム１０２ａの延在方向が一致しており、即ち、光偏向要素１２４が波形に直交するように延在している。
この場合、上記と同様にして、特に各三角プリズム１０２ａの配列方向である波形拡散部１２の谷部１２２と山部１２１とが連続する方向に光を屈折させて、当該方向の光の拡散性を一層向上させることが可能となる。したがって、波形拡散部１２の谷部１２２と山部１２１とが連続する方向の視野角の違いによる輝度ムラを効果的に低減させることが可能となる。

（実施例１）
ＰＥＴ基材に紫外線硬化樹脂で作製したプリズムシートを使用して実施例１の波形拡散部１２を作製した。この波形拡散部１２においては、プリズムアレイのレンズピッチを５０μｍ、頂角を９０°とした。また、プリズムシートをプリズム形状方向、即ち、光偏向要素１２４の延在方向に折り曲げて山部１２１と谷部１２２とが交互に連続するうサインカーブを成形し、１００℃程度のオーブン内に載置した。
これにより作製された波形拡散部１２（図１９参照）は、最も近い山部１２１と山部１２１との距離であるピッチが３０ｍｍ程度、山部１２１と谷部１２２との距離は１５ｍｍ程度であった。

光拡散板１３をポリカーボネート樹脂の溶融押し出し成形により作製した。光拡散性を持たせるため、ポリカーボネート樹脂中に樹脂フィラーを混入している。なお、光拡散板１３の全光線透過率を５５％、厚みを３ｍｍに設定した。この光拡散板１３を、波形拡散部１２の光射出面側に配置し、光源１１の上に配置した。

（実施例２）
ＰＥＴ基材に紫外線硬化樹脂で作製したプリズムシートを使用して実施例２の波形拡散部１２を作製した。この波形拡散部１２においては、プリズムアレイのレンズピッチを５０μｍ、頂角を９０°とした。また、プリズムシートをプリズム形状方向に直交する方向、即ち、光偏向要素１２４の延在方向に直交する方向に折り曲げて山部１２１と谷部１２２とが交互に連続するうサインカーブを成形し、１００℃程度のオーブン内に載置した。
これにより作製された波形拡散部１２（図２０参照）は、最も近い山部１２１と山部１２１との距離であるピッチが３０ｍｍ程度、山部１２１と谷部１２２との距離は１５ｍｍ程度であった。

光拡散板１３をポリカーボネート樹脂の溶融押し出し成形により作製した。光拡散性を持たせるため、ポリカーボネート樹脂中に樹脂フィラーを混入している。なお、光拡散板１３の全光線透過率を５５％、厚みを１．５ｍｍに設定した。この光拡散板１３を、波形拡散部１２の光射出面側に配置し、光源１１の上に配置した。

（比較例１）
全光線透過率５５％、ヘイズ値９２％の光拡散板を比較例１として用意した。光拡散板を光源１１の上に配置した。

（比較例２）
全光線透過率５５％、ヘイズ値９２％の光拡散板の上に、拡散シート（全光線透過率６５％、ヘイズ値８７％）、プリズムシート、プリズムシート、拡散シート（全光線透過率６５％、ヘイズ値８７％）を順に積層したものを比較例２とした。なお、２枚のプリズムシートは、互いにプリズムの延在方向が直交するように配置した。この積層体を光源１１の上に配置した。

（輝度ムラ観測試験）
実施例１，２及び比較例１，２において、光源１１として３０ｍｍの間隔をあけて配置したＬＥＤを用い、該ＬＥＤの射出面と波形拡散部１２の谷部１２２との距離を変化させて、輝度ムラの発生度合いの評価を行なった。
評価の際には、正面方向及び正面方向に対して６０°傾斜した方向から光の射出面を観察した場合の輝度ムラの発生の有無を確認した。

実施例１，２の場合、光源１１と光拡散板の間隔を２０ｍｍまで広げることで完全に輝度ムラを消すことができた。それよりも間隔を縮小すると輝度ムラが視認された。一方、正面方向及び該正面方向から傾斜した方向から観測した場合、方向による輝度ムラの違いはほとんどなかった。

比較例１の場合、光源１１と光拡散板の間隔を３０ｍｍまで広げることで完全に輝度ムラを消すことができたが、それよりも間隔を縮小すると、輝度ムラが視認された。一方、比較例２では間隔を２５ｍｍまで広げることで完全に輝度ムラを消すことができたが、それよりも間隔を縮小すると、輝度ムラが視認された。

以上から、波形拡散部１２及び光拡散板１３を光源１１の上に配置することで、高い輝度ムラ低減効果を得られることが確認できた。

１０ 反射板
１１ 光源
１２ 波形拡散部
１２ａ 入射面
１２ｂ 射出面
１３ 光拡散板
１５ 画像表示素子
１６ 偏光板（偏光フィルター）
１７ 液晶パネル
２１ バックライト・ユニット
２２ ディスプレイ装置
１２ 波形拡散部
１２１ 山部
１２２ 谷部
１２３ 傾斜部
１２４ 光偏向要素
１２５ 単位レンズ

Claims (9)

1. 背面側に突曲する谷部と正面側に突曲する山部とが交互に連続する波形板状に成形され、前記背面側を向く板面が入射面とされるとともに前記正面側を向く板面が射出面とされた透明樹脂からなる波形拡散部と、
   該波形拡散部の前記正面側に配置された光拡散板と、
   前記波形拡散部の前記背面側に配置された反射板と、
   前記波形拡散部と前記反射板との間に配置された光源とを備え、
   前記波形拡散部の前記射出面の前記谷部と前記山部とに沿って、光偏向要素が成形されることを特徴とする面光源装置。
2. 前記波形拡散部の各前記谷部と前記反射板とが当接し、
   前記波形拡散部の前記山部と前記反射板との間の空間に前記光源が配置され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. 前記光偏向要素は、長尺状の単位レンズが複数並行して配列されてなり、
   前記単位レンズが、前記谷部と前記山部とが連続する方向に延在す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. 前記光偏向要素は、長尺状の単位レンズが複数並行して配列されてなり、
   前記単位レンズが、前記谷部と前記山部とが連続する方向に直交する方向に延在す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。
5. 前記単位レンズが、プリズム形状又はレンチキュラーレンズ形状をなしていることを特徴とする請求項３又は４に記載の面光源装置。
6. 前記光偏向要素が、単位レンズを複数格子状に配列してな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。
7. 前記単位レンズが、略半球状あるいは略楕円半球状のマイクロレンズ形状、又は、多角錐形状をなしていることを特徴とする請求項６に記載の面光源装置。
8. 請求項１から７のいずれか一項に記載の面光源装置の正面側に、少なくとも一の光学シートが積層されてなることを特徴とするバックライト・ユニット。
9. 請求項８に記載のバックライト・ユニットの正面側に、画素単位で光を透過又は遮光して画像を表示する画像表示素子が積層されてなることを特徴とするディスプレイ装置。

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