JP2006091821A - プリズムシート及びこれを用いた表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 点光源のような狭領域が発光する照射光源を用いた場合であっても、入射された光を均一な光量分布状態で出射させるプリズムシートと、これを表示装置に適用して、表示品質を悪化させることなく、光源からの光をムラなく効率良く偏向させて表示する表示装置を提供する。
【解決手段】 透光性基板１１に形成されたプリズムにより、基板１１に導入された光を偏向して出射するプリズムシート１０であって、中心軸から同心円状に複数の環状溝が配列された円輪状プリズム１２と、中心軸から放射状に複数の直線溝が配列された放射状プリズム１３とを有するようにした。
【選択図】 図１

Description

本発明は、モバイルＰＣ、ＰＤＡ、携帯電話、ノート・デスクトップＰＣ、銀行等のキャッシュディスペンサー端末等の表示装置や液晶テレビ等に用いられるプリズムシート及びこれを用いた表示装置に関する。

従来、液晶の表示装置においては、バックライト導光板の上に拡散板と２枚のプリズムシートを配置して、導光板からの光を液晶層に集光していた。
プリズムシートは、透明基板の片面に一軸方向に沿ったプリズムレンズを複数配列して形成したものや、透明基板の両面に、プリズムレンズの軸方向を互いに直交させて形成したものがあった。それらのプリズムレンズの形状としては、三角屋根形状、正弦波状、その他形状のものを規則的に配置したもの、或いは個々のプリズムの大きさに不規則性を持たせたもの等、様々な形状のものが知られている。従来のプリズムシートの一例として、シートの表裏両面に凹凸を形成し、シートの表裏両面でプリズムの稜の延びている方向を、それぞれ互いに直交させたプリズムシートが特許文献１に記載されている。

この特許文献１に開示されたプリズムシート１００は、表裏両面それぞれのプリズムにおいて、各プリズムの稜に直交する面内で光を集光する。このようなプリズムシート１００を表示装置に適用した例を図１３に示した。この表示装置によれば、光源１０１から出射した光１０２が、ランプリフレクタ１０３で反射されて導光板１０４に供給される。そして、導光板１０４から取り出された光はプリズムシート１００に入り、下面側のプリズムで屈折反射し、さらに上面側のプリズムで屈折反射し、集光された状態で出射されてから、液晶パネル１０５に入射される。そして、液晶パネル１０５の各画素１０６を、プリズムシート１００からの光をバックライト光として表示する。
特開平８−２６２２０６号公報（第３頁、図２）

ところが、上記特許文献１では、プリズムが規則配列されているために、液晶等のセルとの間でモアレ縞（干渉稿）等が発生しやすく、表示品質を低下させる欠点があった。また、プリズムレンズが平行配置されているために、光源が線光源あるいは面光源の場合には光量ムラを生じ難いものの、光源が、点、円板形、球形等の場合には、光源位置を中心として光量のムラを生じ易い欠点があった。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、点光源のような狭領域が発光する照射光源を用いた場合であっても、入射された光を均一な光量分布状態で出射させることのできるプリズムシートを提供することを第１の目的とし、プリズムシートを表示装置に適用した場合に、モアレ縞や表示部の平坦性の悪化等による表示品質の低下が無く、光源や導光板からの光を、ムラなく効率良く集光して光変調素子アレイ等に入射させて光の利用効率を向上させることのできる表示装置を提供することを第２の目的としている。

上記目的は下記構成により達成される。
（１）透光性基板に形成されたプリズムにより、該基板に導入された光を偏向して出射するプリズムシートであって、中心軸から同心円状に複数の環状溝が配列された円輪状プリズムと、前記中心軸から放射状に複数の直線溝が配列された放射状プリズムとを有することを特徴とするプリズムシート。

このプリズムシートによれば、光源からの光が、円輪状プリズムから入射されて、複数の環状溝において屈折しながら半径方向に拡散され、さらに、放射状プリズムの直線溝において拡散される。このため、光源からの光が円輪状プリズムの環状溝を通過して放射状プリズムの直線溝から出射した際には、透過光強度の周期性のない均一な光量分布状態が得られる。これにより、光源からの光を、光源位置を中心とした光量のムラを生じさせることなく、均一な光量分布とすることができる。

（２）前記透光性基板の一方の面に、前記円輪状プリズムを形成し、他方の面に、前記放射状プリズムを形成したことを特徴とする（１）記載のプリズムシート。

このプリズムシートによれば、円輪状プリズムおよび放射状プリズムが透光性基板に一体に形成されるために、シートを薄型にできるとともに、製造工程を簡略化することができる。また、接合界面を減らすことにより、無用な反射・散乱による光の減衰を防止し、光の利用効率を向上することができる。

（３）前記透光性基板が、少なくとも２枚の基板からなり、一方の基板の表面に前記円輪状プリズムを形成し、他方の基板の表面に前記放射状プリズムを形成し、前記双方の基板を互いに重ね合わせたことを特徴とする（１）記載のプリズムシート。

このプリズムシートによれば、円輪状プリズムが形成された一方の基板と放射状プリズムが形成された他方の基板とを接着や溶着等によって接合することにより一体化される。 それにより、円輪状プリズムを形成する作業と、放射状プリズムを形成する作業とが分割して行えるため、各工程が簡単化されて製造コストを低減することができる。

（４）前記プリズムが、前記透光性基板の表面に刻設して形成されていることを特徴とする（１）〜（３）のいずれか１項記載のプリズムシート。

このプリズムシートによれば、円輪状プリズム及び放射状プリズムのそれぞれが透光性基板の表面に直接刻設されているために、プリズムを基板表面に貼り合わせる等して形成するような別部品を一体的に組み付ける場合と比較して、光軸のずれを最小限に抑えることができ、光を所定の方向へ正確に偏向させることができる。

（５）前記プリズムの凹凸パターンの頂部が、それぞれ同一平面上に配置されていることを特徴とする（１）〜（４）のいずれか１項記載のプリズムシート。

このプリズムシートによれば、円輪状プリズムが形成された面における凹凸パターンの頂部と、放射状プリズムが形成された面における凹凸パターンの頂部とが、それぞれ互いに平行な平面上に配置されるため、このプリズムシートを組み付ける際に、相手側の部材に対して傾斜したり、位置ずれを生ずることがなくなり、光源からの光の偏向を正確に行うことができる。

（６）前記円輪状プリズムが、プリズムの頂角を一定角度とし、かつ、前記環状溝の半径方向に対する配置ピッチを一定としたことを特徴とする（１）〜（５）のいずれか１項記載のプリズムシート。

このプリズムシートによれば、光源からの光を、環状溝によって概ね均一な光量分布となるように拡散させる効果を、多種多様な光源の種類に対して適用することができる。

（７）前記放射状プリズムが、プリズムの頂角を一定角度とし、かつ、前記直線溝の深さが、中心から半径方向外側に向けて変化していることを特徴とする（１）〜（６）のいずれか１項記載のプリズムシート。

このプリズムシートによれば、中心から半径方向に深さが変化する直線溝によって、透過光量が半径方向に対して均一となるように光を偏向させることができる。

（８）光源と、前記光源の光軸に、前記中心軸を合わせて配置した（１）〜（７）のいずれか１項記載のプリズムシートと、前記プリズムシートの光出射側に配置され、該プリズムシートから出射された光を変調する透過型光変調素子アレイとを少なくとも有することを特徴とする表示装置。

この表示装置によれば、光源からの光が、円輪状プリズムから入射されて、複数の環状溝において屈折しながら円環状に拡散され、さらに、放射状プリズムの直線溝において半径方向に拡散されることで、円輪状プリズムの環状溝を通過し放射状プリズムの直線溝から出射した際には、透過光強度の周期性のない均一な光量分布状態が得られる。これにより、光源からの光を、光源位置を中心とした光量のムラを生じさせることなく、均一な光分布とすることができる。

（９）前記光源を複数配置し、該光源のそれぞれに対して前記円輪状プリズムと前記放射状プリズムとの対を組み付けたことを特徴とする（８）記載の表示装置。

この表示装置によれば、複数の光源からの光が、それぞれ個々の円輪状プリズムと放射状プリズムに入射されて、各環状溝と直線溝により光が拡散されてから出射することによって、透過光量に周期性のない均一な光量分布状態が得られ、ムラのない良好な画像表示が行える。

（１０）中心線から同心円状に複数の円輪状反射面が配列され、前記中心線上に配設された前記光源からの光を前記円輪状反射面で反射して前記プリズムシートに入射させる反射部材を更に備え、前記反射部材が、前記光源に対して前記プリズムシートと反対側に配置したことを特徴とする（８）または（９）記載の表示装置

この表示装置によれば、光源からプリズムシートと反対方向に出射した光や、プリズムシートで反射された光が、反射部材で反射されてプリズムシートに入射されるので、光源からの光を無駄なくプリズムシートに入射させることができる。これにより、光の利用効率を向上させて、光源の輝度を高めることなく表示装置の輝度を向上させて認視性の優れた表示装置が得られる。

（１１）前記反射部材は、凹曲面の中心から同心円状に複数の環状稜線を形成する内側環状傾斜面と、外側環状傾斜面とを有し、前記内側環状傾斜面が、前記光源からの出射光を反射してほぼ平行光化するように形成され、前記外側環状傾斜面が、前記光源からの出射光路とほぼ平行に形成されていることを特徴とする（１０）記載の表示装置。

この表示装置によれば、光源からの出射光は、外側環状傾斜面では反射されず、内側環状傾斜面で反射されてほぼ平行光化される。これにより、光源からの出射光は、無駄なく広い範囲で平行光化されてプリズムシートに対してほぼ垂直方向から入射し、均一な光量分布状態が得られ、ムラのない良好な画像表示が行える。

本発明のプリズムシートによれば、点光源のような狭領域が発光する照射光源を用いた場合であっても、入射された光を均一な光量分布状態で出射させることができる。また、このプリズムシートを表示装置に適用した場合には、モアレ縞や表示部の平坦性の悪化等による表示品質の低下が無く、光源や導光板からの光を、ムラなく効率良く集光して光変調素子アレイ等に入射させて光の利用効率を向上させることができる。

以下、本発明に係るプリズムシート及びこれを用いた表示装置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。
（第１実施形態）
まず、図１〜図７を参照して、本発明に係るプリズムシートの第１実施形態を説明する。
図１は本実施形態のプリズムシートを示す図であって（ａ）は上方から見た外観斜視図、（ｂ）は下方から見た外観斜視図、図２は図１に示すプリズムシートの中心軸を含む断面図である。

図１（ａ），（ｂ）に示すように、プリズムシート１０は、透光性基板１１に形成されたプリズムにより、透光性基板１１に導入された光を偏向して出射させるものである。具体的には、透光性基板１１の一方の面である裏面に配置された円輪状プリズム１２と、透光性基板１１の他方の面である表面に配置された放射状プリズム１３とを有している。

透光性基板１１は、ガラス、プラスチック（ポリカーボネート、アクリル等）等によって成形されており、透光性が高く平面性・成形性に富む材料が好適に用いられる。

透光性基板１１の表裏面には、円輪状プリズム１２と放射状プリズム１３が形成されている。円輪状プリズム１２には、中心軸Ｃから同心円状に複数の環状溝１４が配列されており、環状溝１４により透光性基板１１に凹凸パターンが形成されている。この環状溝１４は、透光性基板１１の裏面に刻設されることで透光性基板１１と一体構成とされて、図２に示すように、プリズム（凸部）の頂角を一定角度とし、かつ、環状溝１４の半径方向に対する配置ピッチは一定に設定されている。環状溝１４の半径方向に対する配置ピッチは、組み合わせる液晶パネル等の画素サイズと同等程度であて、例えば５μｍ〜５００μｍ程度の周期を有する。また、環状溝１４は、凹凸パターンの頂部が、それぞれ同一平面上に配置されており、頂角αが４５°〜１５０°である三角屋根形状になっている。

一方、放射状プリズム１３は、円輪状プリズム１２の環状溝１４の中心軸Ｃに合わせて、この中心軸から放射状に複数の直線溝１５が配列されており、直線溝１５によって凹凸パターンが形成されている。直線溝１５は、透光性基板１１の表面に刻設されて透光性基板１１と一体構成とされて、プリズムの頂角を一定角度とし、かつ、直線溝１５の深さが、図２に示すように、中心軸Ｃから半径方向外側に向けて深くなるように変化している。また、直線溝１５は、凹凸パターンの頂部が、それぞれ同一平面上に配置されて、プリズムシート１０の表面と裏面との両面を平行な平面としている。
プリズムシート１０の厚みは、必要最小限の厚みとすることが好ましい。円形・放射状プリズムレンズのピッチ（放射状プリズムの場合は最大となる周辺におけるピッチで代表）をｐ、頂角をαとすると、プリズムの溝の深さｄPは次式で表される。
ｄp ＝ （ｐ／２）／ｔａｎ（α／２）

両面のプリズムレンズの間には、強度保持のためのベース部分を必要とする。その厚さｄbは表示画像のぼけやコントラスト低下を避けるために薄い方が望ましいが、プリズムレンズピッチｐに対して、
０．２ｐ ≦ ｄb ≦ ３ｐ
の範囲で、好ましくは下記範囲がよい。
０．２ｐ ≦ ｄb ≦ ｐ

プリズムレンズの両面の溝部分とベース部分を合わせたプリズムシート全体の厚さｄtotは次式で表される。
ｄtot ＝ ２×ｄp ＋ｄb ＝ ｐ／ｔａｎ（α／２）＋ｄb
このｄtotの好ましい範囲はプリズムレンズ頂角αとプリズムレンズピッチｐによって異なるが、例として下記の場合についての値を示す。
・α＝９０゜、ｐ＝５０μｍの場合：ｄtot ＝ ６０〜１００μｍ
・α＝６０゜、ｐ＝５０μｍの場合：ｄtot ＝ ９７〜１３７μｍ
・α＝１２０゜、ｐ＝５０μｍの場合：ｄtot ＝ ３９〜７９μｍ

このようなプリズムシート１０の利用形態としては、円輪状プリズム１２の下方側に、中心軸Ｃに光軸を合わせて光源７０が配置される。そして、光源７０から出射した光が、円輪状プリズム１２の環状溝１４により屈折して透光性基板１１内に導かれ、次いで、放射状プリズム１３の直線溝１５により屈折して出射される。光源からの光をプリズムレンズの方に拡散させるため、プリズムレンズの光源側に拡散板を入れてもよく、また、光源からの光を反射させたり、プリズムレンズから反射された光を利用するため、光源の後ろ側（プリズムレンズと反対側）に反射板や拡散板を入れてもよい。

ここで、図３を参照して、プリズムシート１０の光学特性について説明する。
図３（ａ）に示すように、光源７０から出射した光は、円輪状プリズム１２の環状溝１４により屈折して透光性基板１１内に導かれる。このときの透光性基板１１内に入射された光は、円輪状プリズム１２の環状溝１４の周方向に沿って均一な光量となる。しかし、環状溝１４の半径方向に対しては、その配置ピッチに対応して、中心軸Ｃを中心に光量がばらつきを有するようになる。このばらつきは、円輪状プリズム１２の凹凸パターンにより生じるものである。

プリズムレンズ無しでは、周辺ほど光量低下が大きいが、円輪状プリズムレンズを用いると、周辺で半径方向に広がる光を表示面に垂直な方向に集光し、周辺の光量低下を減少させ、均一な光量に近づけることができる。
また、放射状プリズムレンズは、円輪に沿って（円周方向）広がった分布を持つ光を表示画面に垂直な方向に集光し、円輪状プリズムレンズの集光効果と合わせて、表示画面に垂直な方向の輝度を向上させる効果を持たせることができる。

そして、図３（ｂ）に示すように、透光性基板１１内に入射され、円輪状プリズム１２を通過した光は、放射状プリズム１３の直線溝１５によって屈折し、プリズムシート１０の上方に出射される。このときの出射光は、半径方向に沿って光量が均一化され、（ａ）に示す光量のばらつきが解消される。

これにより、プリズムシート１０の裏側に光源を配置し、表側に液晶パネルを配置した場合には、液晶パネルに対して均一な光量分布状態で光を照射することができ、もって、表示画像を光量ムラのない高品位な表示にすることができる。

次に、プリズムシート１０における円輪状プリズム１２や放射状プリズム１３の変形例について説明する。

図４は図１に示すプリズムシートにおけるプリズムの各変形例（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）を示す断面図である。ここで、プリズムシートのプリズムには、円輪状プリズム１２と放射状プリズム１３とがあるが、ここでは円輪状プリズム１２を例に説明することとする。つまり、下記の変形例は、勿論放射状プリズム１３に対しても適用可能である。
図４（ａ）は、円輪状プリズム１２の環状溝１４を正弦波状に形成した例である。この場合の環状溝１４の凹凸パターンは、滑らかに規則的に配置された山部１６と谷部１７からなる。

図４（ｂ）は、円輪状プリズム１２の環状溝１４を台形状に形成した例である。この場合の環状溝１４の凹凸パターンは、矩形状の山部１８と谷部１９からなる。

図４（ｃ）は、円輪状プリズム１２の環状溝１４を半円形状に形成した例である。この場合の環状溝１４の凹凸パターンは、半円形状の山部２０と、隣り合う山部２０，２０の間の谷部２１からなる。

図４（ｄ）は、円輪状プリズム１２の環状溝１４を三角状の頂部を円形にして形成した例である。この場合の環状溝１４の凹凸パターンは、断面視半円形状の山部２２と、断面視Ｖ字形状の谷部２３からなる。

以上のように、プリズムの形状は、断面三角形状に限らず、種々の形状とすることができ、利用目的に応じて、成形性や集光の具合を鑑みて適宜選定することが望ましい。

次に、プリズムシート１０の円輪状プリズム１２に対する他の変形例について説明する。

図５は円輪状プリズムの他の変形例（ａ），（ｂ）を示す断面図である。
図５（ａ）に示すように、本変形例の環状溝１４は、中心軸Ｃから半径方向に頂角を順次小さくしている。つまり、凹部３０と、この凹部３０に隣接する凹部３１によって形成される頂角をα１とし、中心軸Ｃに近い側から順にα１，α２，α３，…として、その大きさをα１＞α２＞α３＞…としている。なお、各溝の頂部は底面２６上に揃えられて、同一平面位置で配置される。

また、図５（ｂ）に示すように、他の変形例の環状溝１４は、中心軸Ｃから半径方向に頂角を順次大きくしている。つまり、中心軸Ｃに近い側から順にα１，α２，α３，…としており、α１＜α２＜α３＜…としている。この場合の各溝の頂部は、底面２６上に揃って配置される。

このような環状溝１４であっても、図６（ａ）に示すように、例えば中心軸Ｃ付近が低い場合、中心軸付近の光量が大きくなる偏りを生じるように、頂角を適宜変更することにより、図６（ｂ）に示すような略フラットな光量分布状態に調整することができる。

以上説明した本実施形態のプリズムシート１０によれば、光源７０からの光が、円輪状プリズム１２に入射されて、複数の環状溝１４で屈折して中心軸Ｃを中心に円周方向に均一に拡散され、さらに、放射状プリズム１３に導かれ、直線溝１５によって、半径方向に均一に拡散されるため、円輪状プリズム１２と放射状プリズム１３を通過して出射された光は、光量分布が略フラットとなり、光源からの光を、光源位置を中心とした光量のムラを生じさせることなく、均一な光量分布とすることができる。

さらに、プリズムシート１０が、円輪状プリズム１２及び放射状プリズム１３と透光性基板１１に一体にされているため、複数枚の光学部材を貼り合わせる場合と比較して、接合界面を減らすことができ、無用な反射・散乱による光の減衰を防止し、光の利用効率を向上することができる。その結果、透過光量の低下が小さく抑えられ、液晶パネル等に組み合わせた際に、表示装置の消費電力を低減することができる。

また、プリズムシート１０が一体構成であることにより、製造時の工数を低減し、他部材への組み付け時において、組み付け面のずれや光軸のずれを生ずることがなくなり、組付け作業を簡単にして行うことができる。

また、本実施形態のプリズムシート１０によれば、円輪状プリズム１２が形成された面における凹凸パターンの頂部と、放射状プリズム１３が形成された面における凹凸パターンの頂部とが、それぞれ互いに平行な平面上に配置されるため、このプリズムシート１０を他部材へ組み付ける際に、相手側の部材に対して傾斜したり、位置ずれを生ずることがなくなり、光源からの光の偏向を正確に行うことができる

なお、本実施形態のプリズムシート１０の円輪状プリズム１２が、プリズムの頂角を一定角度とし、かつ、環状溝１４の半径方向に対する配置ピッチを一定としたことにより、光源からの光を環状溝１４によって拡散させる効果を、多種多様な光源の種類に対して汎用的に持たせることができる。つまり、いかなる光源であっても、透過光量の分布を概ね均一にする効果が得られる。

（第２実施形態）
次に、図７及び図８を参照して、本発明の第２実施形態のプリズムシートについて説明する。なお、以降の説明では、第１実施形態と同一または同等部分については、同一の符号を付し、説明を省略或いは簡略化する。
図７は本発明に係るプリズムシートの第２実施形態を示す分解斜視図、図８は図７に示すプリズムシートの中心軸を含む断面図である。

図７に示すように、第２実施形態のプリズムシート４０は、透光性基板４１が、２枚の基板４２，４３からなり、一方の第１の基板４２の表面に円輪状プリズム１２を形成し、他方の第２の基板４３の表面に放射状プリズム１３を形成し、双方の基板４２，４３の裏面（プリズムの非形成面）を互いに重ね合わせている。

図８に示すように、第１の基板４２の接合面である上面は平坦面４４になっており、これと同じく、第２の基板４３の接合面である下面は平坦面４５になっている。そして、両平坦面４４，４５を接着や溶着等によって接合することによりプリズムシート４０が一体的に形成される。

本実施形態のプリズムシート４０によれば、円輪状プリズム１２が形成された一方の第１の基板４２と、放射状プリズム１３が形成された他方の第２の基板４３とを接着や溶着等によって接合することにより一体的に形成される。それにより、円輪状プリズム１２の製造と、放射状プリズム１３の製造とを分割して行えるため、容易に双方の形状を個別で任意に変更することができる。また、それぞれ複数種の形状のプリズムを予め用意しておき、使用目的に応じて所望の形状のものを選定して組み合わせて用いることもでき、汎用性を向上することができる。
なお、円輪状プリズム１２や放射状プリズム１３は、上述した各変形例の形状にすることもでき、例えば、円輪状プリズム１２と放射状プリズム１３とを２枚共、光源とは反対側にプリズムレンズを向けた構成としてもよい。その場合にも、前述と同様の効果を奏することができる。

（第３実施形態）
次に、図９を参照して、本発明の第３実施形態のプリズムシート及びこれを用いた表示装置について説明する。
図９は本発明に係るプリズムシートを用いた表示装置の分解斜視図である。
図９に示すように、第３実施形態のプリズムシート５０は、透光性基板５１の裏面と表面とに、円輪状プリズム１２と放射状プリズム１３との対がそれぞれの中心軸Ｃを一致させて複数対（図示例では９対）形成されている。

このプリズムシート５０は、光源７０と透過型光変調アレイとしての液晶パネル８０との間に組み付けられ、表示装置６０を構成する。光源７０は、円輪状プリズム１２と放射状プリズム１３との対に対応して、発光素子としてのＬＥＤ７１が各中心軸Ｃに合わせてそれぞれ基板７２上に配置される。プリズムシート５０の上方には液晶パネル８０が配置されて、各ＬＥＤ７１からの光がプリズムシート５０を通じて照射される。なお、円輪状プリズム１２と放射状プリズム１３との対は、図示例に限らず、任意の複数対であってよい。

本実施形態のプリズムシート５０を用いた表示装置６０によれば、複数配置されたＬＥＤ７１からの光が、プリズムシート５０の裏面においてそれぞれ対応する円輪状プリズム１２から入射され、それぞれの環状溝１４において屈折して拡散され、さらに、プリズムシート５０の表面においてそれぞれ対応する放射状プリズム１３の直線溝１５で拡散され、液晶パネル８０に照射される。これにより、円輪状プリズム１２の環状溝を通過し放射状プリズム１３の直線溝から出射した際には、透過光強度の周期性のない均一な光量分布状態が得られる。もって、光源からの光を、光源位置を中心とした光量のムラを生じさせることなく、均一な光分布とすることができる。

また、プリズムシート５０のプリズムの方向が液晶のセル等の直交配置形態とは異なるため、液晶パネル８０の画素に対するモアレ縞の発生がなくなり、表示品質低下が無く、また、表示部の平面性の悪化による画面の光量ムラを回避できる。かつ、光源や導光板からの光を、ムラなく、効率良く集光して液晶層に入射させて光の利用効率を向上させることにより、表示品質を悪化させることなく、液晶パネルの表示輝度を向上させる表示装置を得ることができる。なお、各変形例を含む各実施形態のプリズムシート１０，４０を用いて表示装置を構成した場合においても、上述の作用効果を得ることができる。

（第４実施形態）
次に、図１０及び図１１を参照して、本発明のプリズムシートを用いた他の実施形態の表示装置について説明する。
図１０は本発明に係る表示装置の反射部材に光源が取り付けられた状態の斜視図、図１１は図１０に示す反射部材を備えた表示装置の要部縦断面図である。なお、以降の説明では、第３実施形態と同一または同等部分については、同一の符号を付し、説明を省略或いは簡略化する。

図１０に示すように、反射部材９０は、凹曲面状に形成された基板９１の表面に、中心線ＣＬから同心円状に円輪状反射面９４である内側環状傾斜面と、外側環状傾斜面９５とが複数、交互に形成されて基板９１に凹凸パターンが形成されている。内側環状傾斜面９４と外側環状傾斜面９５との境界は、環状稜線９２となっている。凹曲面の中心からは、棒状のステー９６が立設され、該ステー９６に支持されて中心線ＣＬ上に光源７０が配置されている。円輪状反射面（内側環状傾斜面）９４の形状は、光源７０からの出射光をほぼ平行光化して反射するように形成されている。外側環状傾斜面９５は、光源７０からの出射光の光路Ｌとほぼ平行に形成されており、光源７０からの出射光を受けることはない。

反射部材９０は、プラスチックなどにより内側環状傾斜面９４と、外側環状傾斜面９５とが複数、交互に形成されたシート素材の表面に、例えば、アルミニウムなどが蒸着されて円輪状反射面９４が形成されており、該円輪状反射面９４に入射する光を効率よく反射して平行光化する。具体的な円輪状反射面（内側環状傾斜面）９４の角度や形状は、光源の種類、光源の位置などにより異なり、それらの条件に合わせて最適形状に形成される。 光源からの光を反射して平行光化する反射面としては、光源が焦点の位置に配置された放物面が一般的に知られているが、複数の円輪状反射面９４を同心円状に配列することにより、単一の放物面より大幅に厚さを薄くすることができ、表示装置を小型化することが可能となる。また、換言すれば、より広い範囲で平行光を形成することができる。この反射部材９０は、溝により形成する以外にも、薄板を折り曲げて形成することもできる。

図１１に示すように、反射部材９０を用いた表示装置２００は、プリズムシート１０が光源７０と透過型光変調アレイとしての液晶パネル８０との間に組み付けられ、更に、反射部材９０が光源７０に対してプリズムシート１０と反対側に配置されている。反射部材９０の中心線ＣＬは、プリズムシート１０の中心軸Ｃと一致させて配置されている。

本実施形態の表示装置２００によれば、光源７０からの光が、プリズムシート１０の裏面においてそれぞれ対応する円輪状プリズム１２から入射され、それぞれの環状溝１４において屈折して拡散され、さらに、プリズムシート１０の表面においてそれぞれ対応する放射状プリズム１３の直線溝１５で拡散され、液晶パネル８０に照射される。更に、光源７０からプリズムシート１０と反対方向に出射した光は、反射部材９０の複数の円輪状反射面９４で反射されて平行光化され、プリズムシート１０に対して垂直な平行光線となってプリズムシート１０に入射する。また、プリズムシート１０の裏面で反射した光も反射部材９０によりプリズムシート１０に入射する。このように反射部材９０からの反射光は、プリズムシート１０の裏面において円輪状プリズム１２から入射されて屈折、拡散され、さらに、プリズムシート１０の表面において放射状プリズム１３で拡散され、液晶パネル８０に照射される。

これにより、光源７０からの光は、その殆どが無駄なくプリズムシート１０に入射するので、プリズムシート１０への入射光が増加し、液晶パネル８０に効率よく照射され、液晶パネル８０の表示輝度が大幅に向上する。これにより、光源７０の輝度を増加させた場合と同様の効果が得られる。また、光源７０や導光板からの光を、ムラなく、効率良く集光して液晶層に入射させて光の利用効率を向上させることにより、表示品質を悪化させることなく、液晶パネルの表示輝度を向上させた表示装置２００を得ることができる。
なお、各変形例を含む各実施形態のプリズムシート１０、４０を用いて表示装置を構成した場合においても、上述の作用効果を得ることができる。

（第５実施形態）
次に、図１２を参照して、本発明のプリズムシートを用いた更に他の実施形態の表示装置について説明する。
図１２は本発明に係る表示装置の分解斜視図である。なお、以降の説明では、第３実施形態と同一または同等部分については、同一の符号を付し、説明を省略或いは簡略化する。
図１２に示すように、表示装置３００は、円輪状プリズム１２と放射状プリズム１３との対がそれぞれの中心軸Ｃを一致させて複数対（図示例では９対）形成されたプリズムシート５０を備える。

このプリズムシート５０は、光源７０と透過型光変調アレイとしての液晶パネル８０との間に組み付けられ、表示装置３００を構成する。光源７０は、円輪状プリズム１２と放射状プリズム１３との対に対応して、発光素子としてのＬＥＤ７１が各中心軸Ｃに合わせてそれぞれ基板７２上に配置される。基板７２の表面には、それぞれのＬＥＤ７１を中心として同心円状に複数の円輪状反射面９４が配列されており、基板７２に凹凸パターンが形成されている。基板７２は、その表面が鏡面とされた円輪状反射面９４に入射する光を平行光化して効率よく反射する反射部材７５して作用する。これにより、各ＬＥＤ７１からの光が直接プリズムシート５０に照射されると共に、各ＬＥＤ７１からプリズムシート５０と反対方向に照射された光及びプリズムシート５０の裏面で反射した光は、円輪状反射面９４により反射されて平行光線となってプリズムシート５０に垂直方向から照射される。なお、円輪状プリズム１２と放射状プリズム１３との対は、図示例に限らず、任意の複数対であってよい。

図１２の円輪状の反射面は、図では円輪同士が隣接する円輪に接するところまでしか描いていないが、その上のプリズムシートと同様に、隣接する境界まで連続的に隙間なく形成する。

本実施形態の表示装置３００によれば、複数配置されたＬＥＤ７１からの直接光、及び反射部材７５（円輪状反射面９４）により反射され反射光が、プリズムシート５０の裏面においてそれぞれ対応する円輪状プリズム１２から入射されると共に、それぞれの環状溝１４において屈折して拡散され、さらに、プリズムシート５０の表面においてそれぞれ対応する放射状プリズム１３の直線溝１５で拡散され、液晶パネル８０に照射される。これにより、高輝度、且つ透過光強度の周期性のない均一な光量分布状態が得られ、液晶パネルの表示輝度が向上する。

なお、本発明のプリズムシートは、前述した各実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良等が可能である。例えば、環状溝及び直線溝における凹凸パターンの数については、光源の放射光分布等を考慮して適宜設定されるのが好ましい。また、光源としては、ＬＥＤに限らず、点状、円板状、球状のものを適用することができる。

本発明に係るプリズムシートを示す図であって（ａ）は上方から見た外観斜視図、（ｂ）は下方から見た外観斜視図である。 図１に示すプリズムシートの中心軸を含む断面図である。 図１に示すプリズムシートの透過光量の特性図（ａ），（ｂ）である。 プリズムシートの円輪状プリズムの変形例（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）を示す各断面図である。 プリズムシートの円輪状プリズムの断面図で、プリズムを異なる形態に設定した例（ａ），（ｂ）を示す図である。 プリズムの形態による光量分布の改善効果のグラフ（ａ），（ｂ）を示す説明図である。 本発明に係るプリズムシートの第２実施形態を示す分解斜視図である。 図７に示したプリズムシートの中心軸を含む断面図である。 本発明に係るプリズムシートを用いた表示装置の分解斜視図である。 本発明に係る表示装置の反射部材に光源が取り付けられた状態の斜視図である。 図１０に示す反射部材を備えた表示装置の要部縦断面図である。 本発明に係る他の表示装置の分解斜視図である。 従来のプリズムシートの断面図である。

符号の説明

１０，４０，５０ プリズムシート
１１，４１，５１ 透光性基板
１２ 円輪状プリズム
１３ 放射状プリズム
１４ 環状溝
１５ 直線溝
４２ 第１の基板（一方の基板）
４３ 第２の基板（他方の基板）
６０，２００，３００ 表示装置
７０ 光源
７１ ＬＥＤ
７２ 基板
７５，９０ 反射部材
８０ 液晶パネル（透過型光変調素子アレイ）
９２ 環状稜線
９４ 円輪状反射面（内側環状傾斜面）
９５ 外側環状傾斜面
Ｃ 中心軸
ＣＬ 中心線
Ｌ 出射光路

Claims (11)

1. 透光性基板に形成されたプリズムにより、該基板に導入された光を偏向して出射するプリズムシートであって、
   中心軸から同心円状に複数の環状溝が配列された円輪状プリズムと、
   前記中心軸から放射状に複数の直線溝が配列された放射状プリズムとを有することを特徴とするプリズムシート。
2. 前記透光性基板の一方の面に、前記円輪状プリズムを形成し、他方の面に、前記放射状プリズムを形成したことを特徴とする請求項１記載のプリズムシート。
3. 前記透光性基板が、少なくとも２枚の基板からなり、一方の基板の表面に前記円輪状プリズムを形成し、他方の基板の表面に前記放射状プリズムを形成し、前記双方の基板を互いに重ね合わせたことを特徴とする請求項１記載のプリズムシート。
4. 前記プリズムが、前記透光性基板の表面に刻設して形成されていることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項記載のプリズムシート。
5. 前記プリズムの凹凸パターンの頂部が、それぞれ同一平面上に配置されていることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１項記載のプリズムシート。
6. 前記円輪状プリズムが、プリズムの頂角を一定角度とし、かつ、前記環状溝の半径方向に対する配置ピッチを一定としたことを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１項記載のプリズムシート。
7. 前記放射状プリズムが、プリズムの頂角を一定角度とし、かつ、前記直線溝の深さが、中心から半径方向外側に向けて変化していることを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか１項記載のプリズムシート。
8. 光源と、
   前記光源の光軸に、前記中心軸を合わせて配置した請求項１〜請求項７のいずれか１項記載のプリズムシートと、
   前記プリズムシートの光出射側に配置され、該プリズムシートから出射された光を変調する透過型光変調素子アレイとを少なくとも有することを特徴とする表示装置。
9. 前記光源を複数配置し、該光源のそれぞれに対して前記円輪状プリズムと前記放射状プリズムとの対を組み付けたことを特徴とする請求項８記載の表示装置。
10. 中心線から同心円状に複数の円輪状反射面が配列され、前記中心線上に配設された前記光源からの光を前記円輪状反射面で反射して前記プリズムシートに入射させる反射部材を更に備え、
    前記反射部材が、前記光源に対して前記プリズムシートと反対側に配置されたことを特徴とする請求項８または請求項９記載の表示装置。
11. 前記反射部材は、凹曲面の中心から同心円状に複数の環状稜線を形成する内側環状傾斜面と、外側環状傾斜面とを有し、
    前記内側環状傾斜面が、前記光源からの出射光を反射してほぼ平行光化するように形成され、
    前記外側環状傾斜面が、前記光源からの出射光路とほぼ平行に形成されていることを特徴とする請求項１０記載の表示装置。

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