JP2008242268A - 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】拡散用部材による光量減衰、光利用効率低下を抑止すると共に安価に輝度むらの低減を図る。
【解決手段】透明基板２２上の一方の面に突出形状の単位プリズム構造体２３が多数連続的に形成された光学シートであって、単位プリズム構造体２３のそれぞれは、透明基板２２から突出した部分の頂点を境界として互いに隣接する状態で形成された少なくとも２つの平面である第１の斜面２６及び第２の斜面２７を含み、第１斜面２６は、透明基板２２の面に対して垂直な法線方向に対する第１の斜面の傾きを表す第１の角度θ_１Ｌを有し、第２の斜面２７は、第２の斜面２７の傾きを表す第２の角度θ_１Ｒを有し、各角度θ_１Ｌ，θ_１Ｒは、境界に対する一方の側から入射された光を第１の斜面で透明基板の面に対して垂直な法線方向に屈折させるとともに、他方の側から入射された光を第２の斜面で法線方向に屈折させるように設定した。
【選択図】図３

Description

本発明は、透明基板上に単位プリズム構造体を多数配列して構成される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９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構造を示している。また、図９の一部分を拡大した断面構造が図１０に示されている。図９に示すように冷陰極蛍光管Ｌを複数本並べて配置したバックライトユニット１においては、光源の輝度むらの除去と集光効果を上げるため、光源反射板３上に拡散用部材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。

従来の三角屋根状プリズムシート７，９では、図１０に示すようにそれぞれのプリズム構造体（プリズム）７ａの頂点を成す稜線の両側に２面の斜面が形成されており、光源Ｌ（Ｌ１，Ｌ４）からの光はこのプリズム７ａによって屈折され前記斜面から出射する。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、現実に存在する光源（実光源）Ｌ１，Ｌ４の位置から正面方向には出射せず、各実光源Ｌ１，Ｌ４の位置から左右に離れた位置にある２箇所（図１０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がそれぞれ出射される。これら仮想光源Ｌ３、Ｌ５（Ｌ２も含む）については、実在はしないが、三角屋根状プリズムシート７，９に形成されている各プリズムの屈折作用によって、実光源Ｌ４（あるいはＬ１）がそれらの位置に実在するかのように見えるため、仮想光源と称している。なお、三角屋根状プリズムシート７，９の代わりに、プリズムとしてピラミッド状(四角錐状)の構造体が多数形成されたプリズムシートが用いられる場合もある。

しかし、上記のような三角屋根状プリズムシートを用いる場合であっても、実光源Ｌ１，Ｌ４と仮想光源Ｌ２，Ｌ３，Ｌ５のいずれにおいても、光源位置の正面での輝度が高い一方、複数光源の間の位置では輝度が低く、輝度むらが生じる。この輝度むらを除去するために、従来は図９に示すように光源反射板３上に拡散板と数枚の拡散シートからなる拡散用部材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やす必要が生じ、その結果コストが増大するという問題があった。

このような不具合を解消するための従来技術としては、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や、特許文献２に開示される直下型バックライト装置が知られている。
特許文献１に開示された液晶表示素子のバックライト構造では、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に開示された直下型バックライト装置では、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、輝度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では、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、輝度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輝度むらは解消されない。
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） 透明基板上の一方の面に突出形状の単位プリズム構造体が多数連続的に形成された光学シートであって、
前記単位プリズム構造体のそれぞれは、前記透明基板から突出した部分の頂点を境界として互いに隣接する状態で形成された少なくとも２つの平面である第１の斜面及び第２の斜面を含み、
前記多数の単位プリズム構造体の前記第１斜面は、前記透明基板の面に対して垂直な法線方向に対する前記第１の斜面の傾きを表す第１の角度を有し、前記第２の斜面は、前記第２の斜面の傾きを表す第２の角度を有し、
前記第１、第２の角度は、前記境界に対する一方の側から入射された光を前記第１の斜面で前記透明基板の面に対して垂直な法線方向に屈折させるとともに、他方の側から入射された光を前記第２の斜面で前記法線方向に屈折させるように設定された光学シート。

この光学シートによれば、使用する光源の数を増やすことなく、更に特別な拡散板を設けることなく面の全域に渡って輝度むらの小さい照明装置を実現できる。すなわち、一般的なプリズムを使用する場合には、前述のように光源又は仮想光源に近い場所とその位置から離れた場所とでは輝度に大きな違いが発生し輝度むらが生じる。そこで、単位プリズム構造体に備わっている第１の斜面の傾きと第２の斜面との傾きを、プリズム頂点を境界に一方の側から入射された光と他方の側から入射された光とを共に、透明基板の法線方向に屈折させるように設定する。つまり、第１及び第２の角度を、光源位置と各単位プリズム構造体の位置との間の透明基板に平行な方向の距離に応じて決定することで、各単位プリズム構造体それぞれの出射光を透明基板の法線方向に向けることができ、その結果、輝度むらを低減できる。これにより、光源の数を減らしても輝度ムラの発生を抑制することができ、また、拡散板が不要になる。そして、光源の発光量を減らしても十分な明るさが得られるので、照明装置のコストを低減することができる。

（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、該単位プリズム構造体の並び方向に直交する方向に沿って、前記頂点を稜線と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、長尺の単位プリズム構造体を構成することにより、単位プリズム構造体の長手方向に沿った位置で同じ光学特性が得られるので、長尺の線状光源を用いて照明装置を構成する場合に好ましい輝度特性を容易に実現できる。

（３） （１）記載の光学シートであって、
前記各単位プリズム構造体が、突起の頂点を境界として互いに隣接する状態で形成された４つの平面を含み、前記透明基板の面から突出する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、比較的小型の角錐状構造体を様々な位置に配置することにより、透明基板上の様々な位置でそれぞれ必要な光学特性を実現できるので、例えば発光ダイオードのような点状の光源を用いて照明装置を構成する場合であっても、好ましい輝度特性を容易に実現できる。

（４） （１）〜（３）のいずれか１項記載の光学シートであって、
前記各単位プリズム構造体の第１の斜面の傾きを表す第１の角度と、前記第２の斜面の傾きを表す第２の角度との和で表される頂角を一定として形成された光学シート。

この光学シートによれば、より簡略化された計算により、あるいは容易な製造工程を用いて光学シートを作成できる。輝度むらを低減するためには、第１の角度及び第２の角度をそれぞれ個別に計算により求められる最適な角度に定めることにより、最適な結果が得られるが、簡略的に頂角を一定（例えば９０度固定）とし、第１の角度と第２の角度とを同時に決定することにより、輝度むらの低減効果を維持したまま、計算や製造工程を簡略化できる。

（５） （１）〜（４）のいずれか１項記載の光学シートであって、
互いに隣接した位置に配置される前記単位プリズム構造体同士の距離を表す配列ピッチが、前記透明基板上の位置に応じて変化するように不規則に定められた光学シート。

この光学シートによれば、より効果的に輝度むらを低減できる。すなわち、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周期性を有しなくなる。そのため、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（規則的な）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って生じるモワレ縞を抑制できる。

（６） （１）〜（５）のいずれか１項記載の光学シートと、
前記透明基板と対向する位置に配置された複数の光源と、
を用いて構成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、拡散板を用いなくても輝度むらを大幅に低減できるので、拡散板による輝度の減衰がなくなり、光源の数を減らすことができる。従って、拡散板の削減や光源数の削減等により、輝度むらが少なく、しかも低コストのバックライトユニットが実現する。

（７） （６）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、１つの光源の位置から前記透明基板までの前記透明基板に垂直な方向に対する距離をｚ_ＬＳ、前記光源の位置から光線が前記透明基板に入射するまでの前記透明基板に平行な方向に対する距離をｘ_ｉとする場合に、前記透明基板に垂直な方向に対する前記第１の斜面又は第２の斜面の傾斜を表す角度θ_ｉＲＬが、

ただし、

に従って決定されている光学シート。

このバックライトユニットによれば、輝度むらの発生を低減するための最適な条件が得られる。

（８） （６）又は（７）記載のバックライトユニットであって、
前記光学シートが長方形状からなり、該光学シートの四辺に近い位置に配置される前記光源の配列密度を他の位置よりも大きく設定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、光学シートの中央部と周辺部との輝度分布が、周辺輝度で低下することのない構成にできる。

以上のように、本発明によれば、使用する光源の数を増やすことなく、更に特別な拡散板を設けることなく面の全域に渡って輝度むらの小さい光学シートおよびこれを用いた照明装置を実現できる。また、光源の数を減らすこともでき、拡散板が不要になるため光源の発光量を減らしても十分な明るさが得られ、照明装置の照明光の均一化性の向上とコスト低減に極めて効果的である。

（第１の実施の形態）
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は第１の実施の形態におけるバックライトユニットの主要部の断面構造を示す縦断面図である。図２は図１に示したバックライトユニットに用いた光学シートの一部分に関する外観を示す斜視図である。

図１に示すバックライトユニットは、例えば、平面状の透過型液晶パネルをその背面から照明するために利用することを想定しており、面の全体に渡って均一な照度で照明する必要がある。図１に示す矢印Ｚ方向が厚み方向を示しており、このバックライトユニットから矢印Ｚ方向、つまり図中の上方に向かって照明光が出射される。

図１に示すように、バックライトユニットは、下方に配置されている反射板２１と、矢印Ｘ方向に並べて配置された複数の実光源Ｌ１、Ｌ２、・・・と、それらの上方に配置されている光学シート２２とで構成されている。

なお、現実的なバックライトユニットを構成する場合には、必要に応じて光学シート２２の上方側に図示しない拡散シートを配置することになるが、この拡散シートがなくても発生する輝度むらは従来より低減されるので、使用する拡散シートの枚数等は従来よりも減らすことができる。

実光源Ｌ１、Ｌ２、・・・のそれぞれについては、冷陰極蛍光管（ＣＣＦＬ）のような線状光源であり、それぞれの実光源Ｌ１、Ｌ２、・・・は図１における奥行き方向（図２中のＹ方向）に向かって延びるように配置されている。また、隣接する実光源Ｌ１、Ｌ２、・・・同士は互いに平行に配置されている。また、実光源Ｌ１、Ｌ２、・・・は反射板２１の面に対して平行に配置されており、反射板２１の面と光学シート２２の面とに関する位置関係についても互いに平行に配置されている。

光学シート２２は、集光及び光拡散の機能を実現するものである。この光学シート２２は、図２に示すように透明な（可視光の透過性が高い）フィルム、プラスチック、あるいはガラス等のように平滑でかつ平面性の良い材料で構成される平面状の透明基板２２ａ上の一方の面に、プリズム状の断面を有する単位プリズム構造体２３を多数連続的に平行に並べて配置した構造になっている。光学シート２２の下面（実光源Ｌ１、Ｌ２と対向する面）は平坦な面を形成している。

それぞれの単位プリズム構造体２３は、頂点２４を含む稜線２５を境界として互いに隣接する平面である斜面２６と斜面２７とを有している。これらの斜面２６、２７から照明光が出射される。これらの単位プリズム構造体２３のそれぞれは、一般的なプリズムとは異なり、斜面２６の傾斜と斜面２７の傾斜のそれぞれは、光源からの水平方向の距離に応じて変化するように決定される。具体的な傾斜角については、後で詳細に説明する。また、各単位プリズム構造体２３の斜面２６及び斜面２７は、直状である各実光源Ｌ１、Ｌ２に対して平行に配置されている。

次に、このバックライトユニットから出射する光の具体的な光路の概略について、図３およびその一部拡大図である図４を参照しながら説明する。実光源Ｌ１の発光により実光源Ｌ１から出射した光の一部は、透明基板２２ａの下面に入射して屈折した後、単位プリズム構造体２３の内部を進み、斜面２７を境界として再び屈折し、出射光１０１として矢印Ｚ方向に向かって斜面２７から出射する。そのため、出射光１０１が出射する位置の下方に仮想光源Ｌ１ｉが存在するかのように見える。

また、実光源Ｌ２の発光により実光源Ｌ２から出射した光の一部は、透明基板２２ａの下面に入射して屈折した後、単位プリズム構造体２３の内部を進み、斜面２６を境界として再び屈折し、出射光１０２として矢印Ｚ方向に向かって斜面２６から出射する。そのため、出射光１０２が出射する位置の下方に仮想光源Ｌ２ｉが存在するかのように見える。

ところで、一般的な構造のプリズムを用いて実光源Ｌ１、Ｌ２とは異なる位置に仮想光源を形成する場合、各仮想光源が形成される位置は予め定まる特定の位置のみに限定される。その結果、各仮想光源の形成位置に相当する場所で照明の輝度が局所的に高くなり、その周辺では輝度が低下し、輝度むらが発生する。

そこで、各実光源の位置とプリズムの特性とで定まる特定の位置に限らず、様々な位置に仮想光源を形成できれば、多数の実光源を高密度で配列した場合と同等の効果が得られ、輝度むらを低減することができる。例えば、図３に示す単位プリズム構造体２３に関する矢印Ｘ方向の位置と、各実光源Ｌ１、Ｌ２が配置されている位置との相対的な位置関係にかかわらず、斜面２７から矢印Ｚ方向に向かって出射光１０１が出射し、更に斜面２６から矢印Ｚ方向に向かって出射光１０２が出射するように、すなわち、それぞれの単位プリズム構造体２３の斜面２７の直下位置（Ｚ軸に沿って下方の位置）に仮想光源Ｌ１ｉが形成され、斜面２６の直下位置に仮想光源Ｌ２ｉが形成されるように構成すれば、輝度むらを低減できる。

このような条件を満たすためには、それぞれの単位プリズム構造体２３における各斜面２６、２７の傾斜角を以下に説明するように決定すればよい。図３及び図４に示すように、ここでは計算に用いる各パラメータを次のように定義する。
Ｘ：光学シート２２の面に対して平行な方向
Ｚ：光学シート２２の面に対して垂直な方向
ｘ_ＣＣＦＬ：Ｘ方向に対する実光源Ｌ１、Ｌ２の間隔（距離）
ｚ_ＬＳ：Ｚ方向に対する透明基板２２ａの下面と実光源Ｌ１、Ｌ２の間隔（距離）
θ_ｉＬ：Ｚ方向に対する斜面２６の傾斜角
θ_ｉＲ：Ｚ方向に対する斜面２７の傾斜角
ｎ：透明基板２２ａを構成する材料の屈折率
ｘ_ｉ１：実光源Ｌ１の位置から光線が透明基板２２ａに入射するまでのＸ方向の距離
ｘ_ｉ２：実光源Ｌ２の位置から光線が透明基板２２ａに入射するまでのＸ方向の距離
θ_１１：実光源Ｌ１から出た光線が透明基板２２ａに入射する角度
θ_２１：実光源Ｌ２から出た光線が透明基板２２ａに入射する角度
θ_１２：実光源Ｌ１から出て透明基板２２ａに入射した光線の透明基板内の屈折角
θ_２２：実光源Ｌ２から出て透明基板２２ａに入射した光線の透明基板内の屈折角
θ_１３：単位プリズム構造体内部で実光源Ｌ１からの光線が斜面２７に入射する角度
θ_２３：単位プリズム構造体内部で実光源Ｌ２からの光線が斜面２６に入射する角度
θ_１４：斜面２７から出射する光線の斜面２７に垂直な方向に対する出射角度
θ_２４：斜面２６から出射する光線の斜面２６に垂直な方向に対する出射角度
Ｌ１ｉの位置：斜面２７の直下位置（Ｚ方向にずれた位置）
Ｌ２ｉの位置：斜面２６の直下位置（Ｚ方向にずれた位置）

まず、図３、図４に示すように、実光源Ｌ１から出射した光線が、実光源Ｌ１に対して右側に位置する光学シート２２上の１つの単位プリズム構造体２３に入射し、２回屈折して単位プリズム構造体２３の斜面２７からＺ方向に出射光１０１として出射し、この単位プリズム構造体２３の直下位置に仮想光源Ｌ１ｉが形成されるための条件について説明する。

実光源Ｌ１から出射した光線が透明基板２２ａに入射する角度θ_１１及び透明基板２２ａ内部の屈折角度θ_１２は次式で表される。

また、この光線が右側の斜面２７から出射光１０１として出射する際の入射角θ_１３及び出射角θ_１４については次式の関係が成り立つ。

従って、上記第(3)式及び第(4)式に基づき、前記入射角θ_１３及び出射角θ_１４は次式で表される。

従って、斜面２７からＺ方向に出射する出射光１０１の斜面２７の面に垂直な軸に対する傾斜角θ_ｉＲは次式で表される。

次に、図３、図４に示すように、実光源Ｌ２から出射した光線が、実光源Ｌ２に対して左側に位置する光学シート２２上の１つの単位プリズム構造体２３に入射し、２回屈折して単位プリズム構造体２３の斜面２６からＺ方向に出射光１０２として出射し、この単位プリズム構造体２３の直下位置に仮想光源Ｌ２ｉが形成されるための条件について説明する。

実光源Ｌ２から出射した光線が透明基板２２ａに入射する角度θ_２１及び透明基板２２ａ内部の屈折角度θ_２２は次式で表される。

また、この光線が左側の斜面２６から出射光１０２として出射する際の入射角θ_２３及び出射角θ_２４については上記（３）、（４）式と同様であるので、入射角θ_２３及び出射角θ_２４は次式で表される。

従って、斜面２６からＺ方向に出射する出射光１０２の斜面２６の面に垂直な軸に対する傾斜角θ_ｉＬは次式で表される。

すなわち、透明基板２２ａ上に配列される多数の単位プリズム構造体２３のそれぞれについて、各実光源Ｌ１、Ｌ２と単位プリズム構造体２３との位置関係に基づいて、斜面２７の傾斜角θ_ｉＲ及び斜面２６の傾斜角θ_ｉＬを決定することにより、輝度むらを大幅に低減できる。

なお、各単位プリズム構造体２３の頂点２４の角度、すなわち頂角θｉは次式で表される。

以上のように、透明基板に垂直な方向に対する第１の斜面又は第２の斜面の傾斜を表す角度θ_ｉＲＬは、

ただし、

に従って決定されている。なお、ここでは、θ₁はθ₁₁，θ₂₁、θ₂はθ₂₁，θ₂₂に対応して、ｘ_ｉはｘ_iR，ｘ_iLに対応させて表している。

上記の関係をふまえて、バックライトユニットを構成する場合の具体的な構成例について以下に説明する。 実光源Ｌ１、Ｌ２の間隔ｘ_ＣＣＦＬ：２５．４ｍｍ
各光源と透明基板２２ａ下面との間隔ｚ_ＬＳ：１３ｍｍ
単位プリズム構造体２３の配列ピッチ（図２のｘｐ）：光源間隔ｘ_ＣＣＦＬよりも小さい任意のピッチ（２ｍｍ〜２０μｍの範囲内）が好ましい。例えば、一般的なプリズムシートの場合と同様に、ｘｐ＝０．０５ｍｍ程度でもよい。また、ピッチｘｐを光源からの距離の違いに応じて調整することにより各位置の光量を調整してもよい。例えば、ピッチｘｐを大きくすると、その位置の構造体の斜面面積が増えるため、出射光量は増大し、ピッチｘｐを小さくすると、その位置の構造体の斜面面積が減るため、出射光量が低下する傾向がある。なお、各単位プリズム構造体２３の高さについては、ピッチｘｐと構造体の二つの斜面の角度から決まり、ピッチのおよそ半分程度、すなわち０．０２５ｍｍ程度の寸法となる。
光学シート２２の材料の屈折率ｎ：１．６

以上に提示した条件において、各単位プリズム構造体２３の斜面の傾斜角θ_ｉＲ、θ_ｉＬに関する好ましい値を図５に示した。すなわち、前述の（７）、（１２）、（１３）式に従って求められる傾斜角θ_ｉＲ、θ_ｉＬは図５に示すとおりである。

図５に示すように、右側の斜面２７の傾斜角θ_ｉＲは、距離ｘ_ｉ１に依存して最適な角度が変化する。つまり、実光源Ｌ１の真上の位置における９０度から徐々に傾斜角θ_ｉＲが減少していき、実光源Ｌ２の真上の位置における２０度まで変化するように斜面２７を形成するのが好ましい。

また、左側の斜面２６の傾斜角θ_ｉＬについては、距離ｘ_ｉ２に依存して最適な角度が変化する。つまり、実光源Ｌ１の真上の位置における２０度から徐々に傾斜角θ_ｉＬが増大していき、実光源Ｌ２の真上の位置における９０度まで変化するように斜面２６を形成するのが好ましい。

また、各単位プリズム構造体２３の頂角θｉ、すなわち傾斜角θ_ｉＲと傾斜角θ_ｉＬとの和については、実光源Ｌ１の真上の位置並びに実光源Ｌ２の真上の位置で最大になり、実光源Ｌ１と実光源Ｌ２との中間位置で最小になるように定めるのが好ましい。

前述の各式に従って計算された結果を利用し、図５に示す特性に従って、透明基板２２ａ上の各単位プリズム構造体２３の斜面２６、２７の傾斜角を決定することにより最適な照明結果が得られる。

しかし、条件を多少簡略化し、例えば図６に示すような特性に従って透明基板２２ａ上の各単位プリズム構造体２３の斜面２６、２７の傾斜角を簡略的に決定してもよい。その場合、図５の特性と比べて輝度むらの低減効果が変化するが、従来のバックライトユニットの場合と比べると十分に輝度むらを低減できる。

図６に示す変形例においては、各単位プリズム構造体２３の頂角θｉ、すなわち傾斜角θ_ｉＲと傾斜角θ_ｉＬとの和を一定値に定める場合を想定している。具体的には、頂角θｉを９０度に固定している。

また、右側の斜面２７の傾斜角θ_ｉＲは、実光源Ｌ１の真上の位置（ｘ_ｉ１＝０）における８０度から位置の変化に伴って直線的に傾斜角θ_ｉＲが減少していき、実光源Ｌ２の真上の位置（ｘ_ｉ１＝２５．４ｍｍ）における１０度まで変化するように斜面２７を形成する。

また、左側の斜面２６の傾斜角θ_ｉＬは、実光源Ｌ１の真上の位置（ｘｉ１＝０）における１０度から位置の変化に伴って直線的に傾斜角θ_ｉＬが増大していき、実光源Ｌ２の真上の位置（ｘｉ１＝２５．４ｍｍ）における８０度まで変化するように斜面２６を形成する。

従って、傾斜角θ_ｉＲと傾斜角θ_ｉＬとの和である頂角θｉは９０度で一定である。

上記構成の光学シート２２以外にも、次のような構成にすることもできる。
例えば図７に示すような光学シート２２Ｂとすることができる。図７に示す光学シート２２Ｂにおいては、図２に示す光学シート２２と同様に透明基板２２ａ上に配列された多数の単位プリズム構造体２３(1)、２３(2)、２３(3)、・・・を備えているが、互いに隣接する位置に配置された単位プリズム構造体２３同士の距離を表すピッチＰ_１、Ｐ_２、Ｐ_３、・・・についてはそれぞれ異なっており、各ピッチＰ_１、Ｐ_２、Ｐ_３、・・・は不規則（ランダム）に決定されている。

図７に示す光学シート２２Ｂを用いてバックライトユニットを構成する場合には、線状に配置された各単位プリズム構造体２３から出射される光の強度分布に周期性が現れないため、各単位プリズム構造体から出射される周期的な（規則的な）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って生じるモワレ縞を抑制するのに効果がある。

また、図７に示す光学シート２２Ｂを用いでバックライトユニットを構成する場合には、各実光源（Ｌ１、Ｌ２）の配置間隔（ピッチ）についても位置に応じてピッチが変化するように、不規則（ランダム）に各実光源を配列することもできる。

また、図７に示した光学シート２２Ｂにおいては単位プリズム構造体２３の配列ピッチ（ｘｐ）を不規則に決定しているが、特別な規則に従って配列ピッチを決定してもよい。例えば、各実光源Ｌ１、Ｌ２からのＸ軸方向の距離に応じて配列ピッチ（ｘｐ）が変化するように構成してもよい。

また、図２に示した光学シート２２については、それぞれの単位プリズム構造体２３について独立に、斜面２６及び斜面２７の傾斜角を決定する場合を想定している。しかし、単位プリズム構造体２３の配列ピッチ（ｘｐ）が実光源Ｌ１、Ｌ２の寸法に比べて十分小さいような場合には、各単位プリズム構造体２３の斜面２６及び斜面２７の傾斜角を離散的な特定距離（Ｘ方向）毎に決定し、前記特定距離の中に含まれる複数の単位プリズム構造体２３については同じ傾斜角に定めてもよい。具体例としては、各実光源Ｌ１、Ｌ２の管の直径、もしくはそれよりも少し大きい寸法を前記特定距離として利用することが考えられる。すなわち、管状の光源の場合にはそれぞれの光源がある程度の大きさを有しているため、その大きさよりも遙かに小さい距離の違いを反映するように各単位プリズム構造体２３の斜面の傾斜角を精密に調整しても輝度むらの低減に影響が少ない。従って、各実光源Ｌ１、Ｌ２の管の直径程度の大きさの特定距離毎に傾斜角を変更することにしてもよい。

いずれにしても、前述のように構成された光学シート２２を用いてバックライトユニットを構成する場合には、例えば図３に示すように、多数の単位プリズム構造体２３のそれぞれの直下の位置に仮想光源（Ｌ１ｉ、Ｌ２ｉ）が発現するので、実光源Ｌ１、Ｌ２の数が少ない場合であっても、単位プリズム構造体２３の数に応じた多数の仮想光源が様々な位置に形成されることになり、光学シート２２から出射される光線の輝度むらが従来と比べて大幅に低減される。

（第２の実施の形態）
本発明の光学シート及びバックライトユニットに関する他の実施の形態について、図８を参照しながら以下に説明する。図８は第２の実施の形態で使用する光学シートの一部分に関する外観を示す斜視図である。

図８に示した光学シート３０は、第１の実施の形態と同様にバックライトユニットを構成するために利用できる。但し、図２に示された光学シート２２が線状光源に適するように構成されているのに対し、図８に示した光学シート３０は点状光源に適するように構成されている。点状光源としては、例えば発光ダイオードなどが用いられる。

すなわち、バックライトユニットを構成する場合には、図１に示す線状光源（Ｌ１、Ｌ２）の代わりに発光ダイオードなどの点状光源を採用し、図１に示す光学シート２２の代わりに図８に示す光学シート３０を採用すればよい。

図８に示す光学シート３０は、集光及び光拡散の機能を実現するものである。この光学シート３０は、薄板状の透明な（可視光の透過性が高い）フィルム、プラスチック、あるいはガラス等のように平滑でかつ平面性の良い材料で構成される平面状の透明基板３１を有しており、透明基板３１上の一方の面には、多数の単位プリズム構造体３２(1)、３２(2)、３２(3)、・・・矢印Ｘ方向及び矢印Ｙ方向に沿って連続的に平行に並べて配置してある。透明基板３１の下面（光源と対向する面）は平坦な面を形成している。

バックライトユニットを構成する場合には、各々の単位プリズム構造体３２の並びの向きと平行になるように、矢印Ｘ方向及び矢印Ｙ方向に沿って二次元状に、すなわち正方格子状に等間隔で配置される多数の点状光源を、光学シート３０の下方に配置することになる。

光学シート３０に設けられた多数の単位プリズム構造体３２のそれぞれは、図８に示すように、透明基板３１の面から突出するように、四角錐の形状をなし、突起の頂点３７を境界として互いに隣接するように配置された４つの平面である斜面３３、３４、３５、３６を有している。

前述の単位プリズム構造体２３と同様に、各単位プリズム構造体３２はプリズムと同様の機能を有している。但し、各単位プリズム構造体３２は、一般的なプリズムとは異なり、斜面３３、３４、３５、３６の傾斜のそれぞれは、光源からの水平方向（Ｘ方向、Ｙ方向）の距離に応じて変化するように決定される。これらの斜面３３、３４、３５、３６から照明光が出射される。

各点状光源から出射された光線が各単位プリズム構造体３２の斜面３３、３４、３５、３６から出射するまでの光路については、第１の実施の形態と同様である。例えば、図８におけるＰｘ−Ｐｘ線から見た断面の形状は、図３、図４に示した単位プリズム構造体２３の形状と同等であるので、光学シート３０の各単位プリズム構造体３２における斜面３３及び斜面３４を、それぞれ単位プリズム構造体２３における斜面２６及び斜面２７に対応付けることにより、図３、図４と同様に光路を求めることができる。

また、図８におけるＰｙ−Ｐｙ線から見た断面の形状についても、図３、図４に示した単位プリズム構造体２３の形状と同等であるので、光学シート３０の各単位プリズム構造体３２における斜面３５及び斜面３６を、それぞれ単位プリズム構造体２３における斜面２６及び斜面２７に対応付けることにより、図３、図４と同様に光路を求めることができる。

従って、単位プリズム構造体３２における各斜面３３、３４の傾斜角を、例えば前述の（７）、（１２）、（１３）式に従って求められる傾斜角θ_ｉＲ、θ_ｉＬに定め、更に単位プリズム構造体３２における各斜面３５、３６の傾斜角についても、前述の（７）、（１２）、（１３）式に従って求められる傾斜角θ_ｉＲ、θ_ｉＬに定めることにより、図３、図４の場合と同様に光線が屈折し、各単位プリズム構造体３２の斜面３３、３４、３５、３６の直下位置に、それぞれ仮想光源を発現させることができ、実光源の数が少ない場合であっても輝度むらの発生を大幅に抑制できる。

また、図８に示した光学シート３０においては単位プリズム構造体３２の配列ピッチを一定にした場合を想定しているが、特別な規則に従って配列ピッチを決定してもよい。例えば、各実光源からのＸ軸方向の距離及び／又はＹ軸方向の距離に応じて配列ピッチが変化するように構成してもよい。
また、前記同様に各実光源の直径程度の大きさの特定距離毎に傾斜角を変更する構成としてもよい。

いずれにしても、前述のように構成された光学シート３０を用いてバックライトユニットを構成する場合には、多数の単位プリズム構造体３２のそれぞれの直下の位置に仮想光源が発現するので、実光源の数が少ない場合であっても、単位プリズム構造体３２の数に応じた多数の仮想光源が様々な位置に形成されることになり、光学シート３０から出射される光線の輝度むらが従来と比べて大幅に低減される。

なお、単位プリズム構造体は、透明基板に対して別体として装着されたものであってもよい。例えば、プリズムの形成された薄いシートを透明基板上に接着する等の種々の構成が挙げられる。
また、上記各実施形態の光学シートを用いてバックライトユニットを構成する際、長方形状の光学シートの四辺に近い位置に配置される光源の配列密度を、中央位置などの他の位置よりも大きく設定することで、光学シートの中央部と周辺部との輝度分布が、周辺輝度で低下することのない構成にできる。

本発明の光学シート及びそれを用いたバックライトユニットは、例えば透過型液晶表示装置等のための照明装置や、面露光装置や、透過型展示物を照明するためのバックライト等に利用することができる。本発明を実施することにより、輝度むらを低減することができ、同時に使用する拡散板や拡散シートの数を削減することができるので、輝度や光利用効率が向上し、更に光源数の削減や拡散用部材削減によるコストダウン、消費電力の低減が可能になる。

第１の実施の形態におけるバックライトユニットの主要部の断面構造を示す縦断面図である。 図１に示したバックライトユニットに用いた光学シートの一部分に関する外観を示す斜視図である。 図１に示したバックライトユニットにおける一部分の具体的な光路を示す従断面図である。 図３中の一部分を拡大して示す拡大図である。 図１に示したバックライトユニットにおける各実光源と単位プリズム構造体との位置関係と単位プリズム構造体の各斜面の傾斜角との適切な関係を示すグラフである。 各実光源と単位プリズム構造体との位置関係と単位プリズム構造体の各斜面の傾斜角との適切な関係の変形例を示すグラフである。 光学シート上の単位プリズム構造体の配列ピッチに関する変形例を示す縦断面図である。 第２の実施の形態で使用する光学シートの一部分に関する外観を示す斜視図である。 従来のバックライトユニットの構成を示す縦断面図である。 図９の一部分を拡大して示す拡大図である。

符号の説明

２０ バックライトユニット
２１ 反射板
２２，２２Ｂ 光学シート
２２ａ 透明基板
２３，３２ 単位プリズム構造体
２４ 頂点
２５ 稜線
２６，２７ 斜面
３０ 光学シート
３１ 透明基板
３３，３４，３５，３６ 斜面
３７ 頂点
Ｌ１，Ｌ２ 実光源
Ｌ１ｉ，Ｌ２ｉ 仮想光源
ｘｐ プリズム配列ピッチ
ｘ_ＣＣＦＬ 光源配列ピッチ
θ_ｉＬ，θ_ｉＲ 斜面の傾斜角

Claims (8)

1. 透明基板上の一方の面に突出形状の単位プリズム構造体が多数連続的に形成された光学シートであって、
   前記単位プリズム構造体のそれぞれは、前記透明基板から突出した部分の頂点を境界として互いに隣接する状態で形成された少なくとも２つの平面である第１の斜面及び第２の斜面を含み、
   前記多数の単位プリズム構造体の前記第１斜面は、前記透明基板の面に対して垂直な法線方向に対する前記第１の斜面の傾きを表す第１の角度を有し、前記第２の斜面は、前記第２の斜面の傾きを表す第２の角度を有し、
   前記第１、第２の角度は、前記境界に対する一方の側から入射された光を前記第１の斜面で前記透明基板の面に対して垂直な法線方向に屈折させるとともに、他方の側から入射された光を前記第２の斜面で前記法線方向に屈折させるように設定された光学シート。
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、該単位プリズム構造体の並び方向に直交する方向に沿って、前記頂点を稜線と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、
   前記各単位プリズム構造体が、突起の頂点を境界として互いに隣接する状態で形成された４つの平面を含み、前記透明基板の面から突出する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、
   前記各単位プリズム構造体の第１の斜面の傾きを表す第１の角度と、前記第２の斜面の傾きを表す第２の角度との和で表される頂角を一定として形成された光学シート。
5. 請求項１〜請求項４のいずれか１項記載の光学シートであって、
   互いに隣接した位置に配置される前記単位プリズム構造体同士の距離を表す配列ピッチが、前記透明基板上の位置に応じて変化するように不規則に定められた光学シート。
6. 請求項１〜請求項５のいずれか１項記載の光学シートと、
   前記透明基板と対向する位置に配置された複数の光源と、
   を用いて構成したバックライトユニット。
7. 請求項６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、１つの光源の位置から前記透明基板までの前記透明基板に垂直な方向に対する距離をｚ_ＬＳ、前記光源の位置から光線が前記透明基板に入射するまでの前記透明基板に平行な方向に対する距離をｘ_ｉとする場合に、前記透明基板に垂直な方向に対する前記第１の斜面又は第２の斜面の傾斜を表す角度θ_ｉＲＬが、
   

   

   ただし、
   

   

   に従って決定されているバックライトユニット。
8. 請求項６又は請求項７記載のバックライトユニットであって、
   前記光学シートが長方形状からなり、該光学シートの四辺に近い位置に配置される前記光源の配列密度を他の位置よりも大きく設定したバックライトユニット。

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