JP2009176437A - 光源ユニット、バックライトユニット及びディスプレイ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】反射板をより簡易に設置することができるとともに、輝度分布の均一化及び正面輝度の向上を図ることが可能な光源ユニット、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。
【解決手段】光の出射面８ａの中央部近傍に形成された厚肉部８ｃと、背面の厚肉部８ｃに形成された収容凹部１１と、出射面８ａの端部に位置する薄肉端部８ｅと、背面において厚肉部８ｃから薄肉端部８ｅに向けて次第に肉厚が薄くなるように傾斜した傾斜背面８ｄとを備えた導光体８を、出射面８ａに沿って複数配列されてなる導光体ユニット１２と、導光体ユニット１２における各導光体８の収容凹部１１に収容される光源７と、導光体ユニット１２の背面に対向配置される略板状の拡散反射板１７とを備え、傾斜背面８ｄと拡散反射板１７との間に空気層３１を区画形成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、光源から入射した光を拡散して出射面から均一な照明光を出射する導光体を複数備えた光源ユニット、この光源ユニットを用いて液晶パネル等を背面側から照明するバックライトユニット及びディスプレイ装置に関する。

近年、液晶パネルを使用した液晶表示装置（ＬＣＤ）がノート型パソコンやパソコン用ディスプレイ、情報端末機器等の画像表示手段、大型画面テレビ等の情報家電の画像表示手段、さらには携帯電話や個人用携帯情報端末（ＰＤＡ：Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｄｉｇｉｔａｌ Ａｓｓｉｓｔａｎｃｅ）の画像表示手段等として様々な分野で利用されてきている。液晶表示装置に代表されるディスプレイ装置では、提供される情報を認識するのに必要な光源を内蔵しているタイプの普及が著しい。

このようなディスプレイ装置においては、その薄型化の要求が年々高まっているが、薄型化を図った従来のディスプレイ装置としては、例えば特許文献１から５に記載されているように、液晶パネルの背面側に光源を配設し、この光源からの光を導光体を介して面発光に変換して液晶パネルを照射する面光源装置としていわゆるバックライトユニットを備えたものがある。

これらのバックライトユニットは、例えば光源と画像表示部との間に配された導光体の上に、導光体の出射面から出射された面状の光の輝度分布を調整する透過率調整体ユニット、透過率調整体ユニットを通過した光を拡散させる拡散フィルム、この拡散光を特定方向（例えば画像表示部に対する法線方向）に向けるように集光する複数のプリズムシートを積層して構成されている。

特にこれらの導光体は、光出射面の略中央部に設けた肉厚部において、光出射面に対向する背面に冷陰極線管からなる棒状光源を配設するための略かまぼこ形に延びる凹部を形成している。そして、導光体の背面では凹部を形成した肉厚部から両側の薄肉端部に向けて背面傾斜部を設けて形成されている。そして、特許文献１に記載されたバックライトユニットでは、導光体の光出射面に光源の真上を除いて断面三角形状の溝を形成して照明光の出射を促す光量補正面を形成している。導光体の光出射面側に光拡散板やプリズムシートを配設して、これにより全体の厚さを薄型化すると共に出射光の不自然な輝度ムラを低減できるようにしている。

また、特許文献２から５に記載されたバックライトユニット及び液晶表示装置では、導光体の光出射面側に透過率調整体ユニットを設けたり、プリズムシートや拡散シート等を設けて輝度ムラを低減してより均一な面発光による照明光を液晶パネル等の画像表示部に照射するようにしている。

ところで、上述した従来のバックライトユニットや液晶表示装置においては、薄型大画面での輝度ムラを低減できるようにするためには大型のバックライトユニットや画像表示部の大きさに応じて導光体を大型化する必要がある。そのため、上述した従来のバックライトユニットや液晶表示装置では、複数の導光体を縦及び横方向に一体形成した導光体ユニットを形成している。

上記のような構成の導光体ユニット１においては、例えば図２０に示すように、各導光体２の背面傾斜部３を覆うようにして反射板４が取り付けられており、さらに光源５が収納された凹部６を塞ぐようにしてリフレクタ７が取り付けられている。これにより、各導光体２から漏洩する光を反射して光の利用効率の向上を図っている。
特開平９−３０４６２３号公報 特開２００５−２３４３９７号公報 特開２００６−３０１５１８号公報 特開２００６−３０２６８７号公報 特開２００６−３１８７５４号公報

しかしながら、上述した導光体ユニットを備えたバックライトユニットにおいては、導光体ユニットを構成する各導光体の背面傾斜部に反射板を取り付けるのは、それぞれ個別に背面傾斜部の傾斜に沿って貼り付ける作業を行う必要があるため、製造には多くの時間と手間がかかってしまっていた。
また、このように背面傾斜部に直接的に反射板を取り付けた場合には、光の利用効率こそ高くすることができるもの、導光体ユニットの出射面から面発光される光には多少の輝度ムラが生じてしまい、未だ改善の余地があった。さらに、バックライトユニットにおいては正面輝度をより向上させることが望まれている。

この発明はこのような課題に鑑みてなされたものであって、反射板をより簡易に設置することができるとともに、輝度分布の均一化及び正面輝度の向上を図ることが可能な光源ユニット、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、この発明は以下の手段を提案している。
即ち、本発明に係る光源ユニットは、光の出射面と、該出射面の中央部近傍に形成された厚肉部と、前記出射面に対向する背面の前記厚肉部に形成された収容凹部と、前記出射面の端部に位置する薄肉端部と、前記背面において前記厚肉部から前記薄肉端部に向けて次第に肉厚が薄くなるように傾斜した傾斜背面とを備えた導光体を、前記出射面に沿って複数配列されてなる導光体ユニットと、前記導光体ユニットにおける各導光体の収容凹部に収容される光源と、前記導光体ユニットの背面に対向配置される略板状の拡散反射板とを備え、前記傾斜背面と前記拡散反射板との間に空気層が区画形成されていることを特徴としている。

このような特徴の光源ユニットによれば、導光体ユニットの背面側に拡散反射板を配置するのみで、各導光体の傾斜背面から出射される光を導光体に再入射させることができるため、従来と同様に光の利用効率を高く維持しながら容易に光源ユニットを構成することが可能となる。
また、拡散反射板と導光体の傾斜背面との間に空気層が形成されることにより、該空気層における拡散効果の寄与を受けることができる他、該空気層と導光体との屈折率差を利用して導光体に入射する光を効果的に屈折させて正面方向に立ち上げることが可能となる。

本発明に係る光源ユニットにおいては、前記光源は点光源であり、前記導光体は収容凹部の点光源の軸を含み出射面に対して垂直な中心軸に対して点対称であってもよい。

点光源の場合、各前記導光体における前記傾斜背面が略円錐面を形成しているものであってもよい。この場合、点光源と傾斜背面との距離が等しくなるため、輝度分布をより均一化することが可能となる。

また、本発明に係る光源ユニットは、傾斜背面が略円錐面を形成している場合には、前記傾斜背面と前記拡散反射板とのなす角度θが１９°≦θ≦２９°、３１°≦θ≦３９°、５６°≦θ≦７２°の範囲内に設定されていることを特徴としている。
これにより、略円錐面をなす傾斜背面から漏洩した後に導光体に再入射する光を最適な範囲に絞ることができ、輝度分布及び正面輝度の最適化を図ることが可能となる。

また、点光源の場合、各前記導光体における前記傾斜背面が略四角錐面を形成しているものであってもよい。この場合には製造が容易であるため、生産性を向上させることができる。

本実施形態に係る光源ユニットにおいては、前記光源は棒状光源であり、前記導光体は収納凹部の棒状光源の軸を含み前記出射面に直交する面に対して対称な形状を有しているものであってもよい。

また、本実施形態の光源ユニットにおいては、点光源であって傾斜面が略四角錐面の場合及び棒状光源の場合でには、前記傾斜背面と前記拡散反射板とのなす角度θが２８°≦θ≦３８°、５６°≦θ≦７３°の範囲内に設定されていることを特徴としている。 これにより、平面上をなす傾斜背面から漏洩した後に導光体に再入射する光を最適な範囲に絞ることができ、輝度分布及び正面輝度の最適化を図ることが可能となる。

また、本発明に係る光源ユニットにおいては、前記導光体ユニットの面方向端部を取り囲むようにして拡散反射板が設けられたものであってもよい。
これにより、導光体ユニットの端部に配設された導光体の薄肉端部から漏洩する光を導光体内に反射することができるため、光の利用効率を向上させることができる。

また、本発明に係る光源ユニットにおいては、導光体ユニットが一体成形されているものであってもよい。

本発明に係るバックライトユニットは、上記のいずれかに記載の光源ユニットと、前記導光体ユニットの出射面に対向配置されて、該出射面から出射された光を制御する光学シートとを備えたことを特徴としている。
このようなバックライトユニットによれば、導光体ユニットの背面側に拡散反射板を配置するのみで、各導光体の傾斜背面から出射される光を導光体に再入射させることができるため光の利用効率を高く維持しながら容易に光源ユニットを構成することができるとともに、空気層における拡散効果の寄与を受けることができる他、該空気層と導光体との屈折率差を利用して導光体に入射する光を効果的に屈折させて正面方向に立ち上げて正面輝度を向上させることができる。

また、本発明に係るバックライトは、前記光源ユニットと前記光拡散板との間に、透光性基材と該透光性基材の入射面側に配設された光反射層とを有していて、該光反射層は光を透過する開口部及び光を反射させる光反射部を備えた光制御シートとを備え、前記導光体の出射面を透過する光の照度または輝度の高い領域では前記光制御シートの開口部の面積を小さくし、照度または輝度の低い領域では前記開口部の面積を大きく設定したことを特徴としている。
これにより、各光源から導光体ユニットの各導光体毎に出射面から出射する光を光制御ユニットによってほぼ均一な照度または輝度として透過させて照度または輝度のバランスのよい光を出射させることができる。
なお、光制御シートを設けずに、拡散板によって導光体からの光を散乱させてプリズムレンズシートやレンチキュラーレンズシートを介してほぼ均一な光を画像表示部に向けて出射させてもよい。

また、本発明に係るバックライトユニットにおいては、前記光拡散板の光入射面に、前記導光体の出射面から出射された面状の光の輝度分布を調整する透過率調整パターンが形成されていることを特徴としている。
これによっても上記と同様に、光源の光が各導光体ユニットの連結部の隙間から直接的に漏れた場合であっても、導光体側から光学シートに入射する光の輝度ムラを低減させることができる

また、本発明に係るディスプレイ装置は、上記のいずれかに記載のバックライトユニットと、前記光学シートの出射面側に配置されて、前記バックライトユニットからの光を表示光として画像表示を行う画像表示部とからなることを特徴としている。
このようなディスプレイ装置によれば、前述した光源ユニットやバックライトユニットと同様の効果を奏する。

本発明に係る光源ユニット、バックライトユニット及びディスプレイ装置によれば、導光体ユニットの背面側に拡散反射板を配置するのみで、各導光体の傾斜背面から出射される光を導光体に再入射させることができるため、簡易に反射機能を有する光源ユニットを構成することが可能となる。
さらに、空気層が形成されたことによって、該空気層における拡散効果の寄与を受けて輝度分布の均一化を測ることができる他、該空気層と導光体との屈折率差を利用して導光体に入射する光を効果的に屈折させて正面方向に立ち上げることで正面輝度を向上させることが可能となる

以下、本発明の実施形態について添付図面を参照して説明する。
図１から図５は本発明の第一実施形態を示すものであり、図１はディスプレイ装置の要部縦断面図、図３（ａ）、（ｂ）は点光源を用いた導光体の斜視図、図４は導光体ユニットにおける各導光体の配列を示す模式図、図５は光源ユニットにおける光の進行方向を示す図である。
なお、本実施形態に係る光源ユニット、バックライトユニットについては、それを用いたディスプレイ装置とともに説明する。

図１において、本実施形態によるディスプレイ装置１は、上方に光を照射するバックライトユニット２の上側に、液晶表示素子（画面表示部）３を設けることで構成される液晶表示装置である。液晶表示素子３は一対の偏光板４、４の間にパネル状の液晶素子５が挟持されて構成されている。液晶表示素子３は、駆動ユニットＭに接続されており、この駆動ユニットＭによって駆動されるようになっている。

このような配置において、図１の上方向を端に表示画面側、下方向を単に背面側又は光源側と称する場合がある。
なお、ディスプレイ装置１は、液晶表示素子３を備える液晶表示装置であるとしているが、少なくともバックライトユニット２を含んで構成されていれば、投射スクリーン装置、プラズマディスプレイ、ＥＬディスプレイ等でもよく、バックライトユニット２からの光を表示光又は投射光として投射して画像表示を行う画像表示部の種類は問わない。

バックライトユニット２における光学系は、図１に示すように、光源７、導光体８が連結されてなり光源７の表示画面側に配設される導光体ユニット１２、拡散板９、光学シート１０とが順次航路の方向に沿って配設されて構成されている。
また、導光体ユニット１２の背面側及び側方に配置される拡散反射板１７が設けられており、この拡散反射板１７と光源７と導光体ユニット１２とで光源ユニット３０が構成されている。

光源７は、点光源であり、全方位に向けて発光するように構成されている。このような光源７としては発光ダイオード（ＬＥＤ）が好ましい。発光ダイオードとしては、例えば単色に発光する発光素子を組み合わせて、白色に発光する方式がよく知られている。また、携帯電話等のモバイル機器においては、青色に発光する発光素子に黄色の蛍光体を搭載して擬似白色に発光する方式の白色ＬＥＤがある。
なお、点光源である光源７としては、上述したものに限らず、例えばモバイル機器に設けられるもののように、一つの単色発光素子に他の少なくとも１種類以上の蛍光体を搭載したものであってもよい。具体的に、光源７は、例えば図２に示すように、基板７Ａに搭載された青色発光素子７Ｂを、内側に黄色発光蛍光体７Ｃを形成したＬＥＤ用レンズ７Ｄにより覆って構成されてもよい。
また、光源７は、点光源であればＬＥＤに限らず、例えば通常の蛍光ランプ、ハロゲンランプ、半導体レーザー等であってもよい。さらに、点光源は上述のものに限らず、一つの単色ＬＥＤ素子に少なくとも１種類以上の蛍光体で覆ったものであってもよい。

導光体８は、図３（ａ）に示すように、透明性を有する例えば合成樹脂材料によって平面視略正方形または長方形等の矩形状をなす略四角錐台形状に形成されている。そして、導光体８の光が出射する一方の面は光源７から射出する光が出射する出射面８ａをなしており、例えば四角形平面状に形成されている。

また、導光体８の他方の面即ち傾斜背面８ｂ側の中央部には断面略Ｕ字状の凹部１１が形成され、この凹部１１内に点光源である光源７が収容されることになる。凹部１１の深さ寸法や形状は、光源７全体を内部に収容できるように形成されることが好ましく、光源７の寸法や導光体８の光学的特性、機械的強度、経年変化などを考慮して決定することが好ましい。

そのため、導光体８の出射面８ａに対向する傾斜背面８ｂは中央部に収容凹部１１を有する肉厚部８ｃが形成され、肉厚部８ｃから出射面８ａの端部の各辺に向けて傾斜部として傾斜面８ｄが４面形成されている。そして、出射面８ａの各辺に向かう傾斜面８ｄは次第に出射面８ａとの厚みが小さくなり、四辺の端部を例えば平面状の薄肉端部８ｅとする。

なお、図３（ａ）に示す本実施形態では導光体８は傾斜背面８ｄが略四角錐面を形成する略正四角錐台形状としたが、適宜の多角錐台形状や、図３（ｂ）に示すように、傾斜背面８ｄが略円錐面を液性する円錐台形状としてもよい。

この導光体８を形成する材料としては、透明性の他に、耐熱性、機械的強度、製造に耐える耐溶剤性などがあれば、用途に応じて種々の材料を使用することができる。具体的には、例えば、ポリエチレンテレフタレ−ト（ＰＥＴ），ポリブチレンテレフタレ−ト，ポリエチレンナフタレ−ト，ポリエチレンテレフタレート‐イソフタレート共重合体，テレフタル酸‐シクロヘキサンジメタノール‐エチレングリコール共重合体，ポリエチレンテレフタレート／ポリエチレンナフタレートの共押し出しフィルムなどのポリエステル系樹脂、ナイロン６，ナイロン６６，ナイロン６１０などのポリアミド系樹脂、ポリエチレン，ポリプロピレン（ＰＰ），ポリメチルペンテンなどのポリオレフィン系樹脂、ポリ塩化ビニルなどのビニル系樹脂、ポリアクリレート，ポリメタアクリレート，ポリメチルメタアクリレート（ＰＭＭＡ）などのアクリル系樹脂、ポリイミド，ポリアミドイミド，ポリエーテルイミドなどのイミド系樹脂、ポリアリレ−ト，ポリスルホン，ポリエーテルスルホン，ポリフェニレンエ−テル，ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ），ポリアラミド，ポリエーテルケトン，ポリエーテルニトリル，ポリエーテルエーテルケトン，ポリエーテルサルファイトなどのエンジニアリング樹脂、ポリカーボネート（ＰＣ），ポリスチレン，高衝撃ポリスチレン，アクリロニトリルポリスチレン共重合体，ＡＢＳ樹脂などのスチレン系樹脂、セロファン，セルローストリアセテート，セルロースダイアセテート，ニトロセルロースなどのセルロース系フィルム、などが挙げられる。
そして、この導光体８は、例えば、加熱した原料樹脂を押出し成形や射出成形によって成形する方法、型中でモノマー、オリゴマー等を重合させて成形する注形重合法等を用いて作製することができる。

図１に示すように、導光体８は液晶表示素子３、拡散板９、光学シート１０とほぼ同一寸法を有するように縦方向及び横方向に複数配列され、図４に示すように、互いにその端面である薄肉端部８ｅ同士が例えば接着剤によって連結固着されている。そのため薄肉端部８ｅは出射面８ａに略垂直な平坦面であることが好ましい。これによって複数の導光体８が一体化された導光体ユニット１２を構成する。

ここで、接着剤は好ましくは上述した導光体８の材料と同一材料または同一屈折率の接着剤であることが好ましい。その場合には、導光体８と接着剤との屈折率が同一であるから、導光体８内を透過する光は直線状に接着剤を透過する。また、接着剤は必ずしも導光体８と同一材質でなくてもよく、更に同一屈折率でなくてもよい。

この接着剤の材料として、例えばアクリル系、ウレタン系、ゴム系、シリコーン系の接着剤が挙げられる。また導光体８の反りなどの応力に対する耐性を向上させるために、接着剤の中に透明の微粒子、例えば、ビーズ等を混ぜても良い。

なお、導光体８、８の薄肉端部８ａ、８ａを固着して連結する場合、接着剤に代えて適宜の粘着剤を用いてもよく、粘着材の材料も上述した接着剤と同一材質の材料を採用でき、透明の微粒子を混ぜてもよいことも同様である。さらに、接着剤や粘着剤の光の吸収は１％以内が好ましい。１％を超えると光学シート１０から射出する積算光量が減少し、正面輝度が低下する。或いはオイルを塗布することで互いに密着させてもよい。

さらに、導光体８、８の薄肉端部８ａ，８ａ同士を連結する場合、接着剤や粘着材等に代えて、溶接器、例えばレーザ溶接器３６によって薄肉端部８ａ，８ａ同士を溶接するようにしてもよい。この場合、薄肉端部８ａ、８ａ間に接着剤等の他の接合部材が介在しないから、光源７からの光の透過性が良好である。
また、導光体８，８の薄肉端部８ａ，８ａ同士を、プラズマ溶接トーチを用いてプラズマ等によって溶接してもよい。また、超音波やエキシマレーザ等で溶接することもできる。

また、このように複数の導光体８を連結するのではなく、当初から導光体ユニット１２が押出し成形や射出成形によって一体成形されたものであってもよい。

図１に示すように、導光体ユニット１２の背面側及び側方には、該導光体ユニット１２を取り囲むようにして拡散反射板１７（１７ａ、１７ｂ）が配設されている。
導光体ユニット１２の背面側の拡散反射板１７ａは、導光体ユニット１２とほぼ同一寸法を有する略板状をなし、各導光体８の出射面８ａと平行に、かつ各導光体８の収容凹部１１の開口縁部を塞ぐようにして配設されている。
一方、導光体ユニット１２の側方の拡散反射板１７ｂは、上記同様略板状をなし、導光体ユニット１２における面方向外周部に位置する導光体８の外側の薄肉端部に当接するようにして、各導光体８の出射面８ａと直交するように配設されている。

このような拡散反射板１７は、一定の厚みを有する板状の基板上に白色層又は金属層が形成されることによって構成されている。白色層の材料としては、例えば、二酸化チタン、硫酸バリウム及び酸化マグネシウムなどの無機物からなる白色顔料を透明樹脂中に分散させてなる複合材料を使用することができる。金属層としては、例えば、銀及びアルミニウムなどの高反射率であり且つ光吸収の少ない材料からなる蒸着層を使用することができる。
なお、該拡散反射板１７は、シート状に形成され厚みが極薄いものであってもよい。
また、拡散反射板１７は、上述のものに限らず、導光体からの光を拡散反射することができるのであれば、どのような材料で形成してもよい。例えばＰＥＴやＰＰ（ポリプロピレン）等にフィラーや空気を混練後延伸することによりボイドを形成して反射率を高めた樹脂シートでもよい。

また、本実施形態の光源ユニット３０においては、上記のように拡散反射板１７が配設されることによって、該拡散反射板１７と各導光体８における傾斜背面８ｄとの間に空気層３１が区画形成されている。

従って、光源７から出射する光は、直接あるいは収納凹部１１の開口縁部を塞ぐ拡散反射板１７ａで反射した後に導光体８内に入射される。この入射光は、一部が導光体８の内部を通過して直接導光体８の出射面８ａから出射し、他の一部は傾斜面８ｄで反射した後に出射面８ａから出射する。さらに、一部の光は傾斜面８ｄを透過するが、透過した光は空気層３１を通って拡散反射板１７ａで反射された後に再度導光体８内に進入して出射面８ａから出射する。このようにして、導光体８は、光源７の光をその出射面８ａ全体から出射させるように構成されている。

なお、本実施形態においては、導光体ユニット１２の背面側の拡散反射板１７ａと各導光体８の傾斜背面８ｄとのなす角度θは、図３（ａ）に示す傾斜背面８ｄが略四角錐面を形成するものにあっては、２８°≦θ≦３８°、５６°≦θ≦７３°の範囲内に設定されており、図３（ｂ）に示す傾斜背面８ｄが略円錐面を形成するものにあっては、１９°≦θ≦２９°、３１°≦θ≦３９°、５６°≦θ≦７２°の範囲内に設定されている。
即ち、各導光体８における略四角錐面もしくは略円錐面を形成する傾斜背面８ｄは、拡散反射板１７ａと上記角度をなすように傾斜されている。

また、導光体８の厚みや、導光体８の面方向中央部分と端部の厚みの比率は、光源７の寸法や導光体８の出射面８ａにおける配光分布などに応じて任意に変更することができる。
そして、このように構成された導光体８において、その出射面８ａにおける光源７からの光の輝度分布が、出射面８ａの中央部分において輝度が最も高くなり、出射面８ａの端部に向かうにしたがって輝度が低くなる。すなわち、出射面８ａのうち光源７と導光体８の厚さ方向に重なる領域が、光源７からの光の輝度が最も高くなる照度または輝度ピーク領域となる。

このような導光体ユニット１２と光源７及び拡散反射板１７とからなる光源ユニット３０は、図１に示すように、筐体２２内に収容されて周縁部を筐体２２の側面に保持されている。また、図１に示す構成に代えて、筐体２２の側面によって導光体ユニット１２に加えて拡散板９と光学シート１０とを所定間隔を開けて略平行に保持させるようにしてもよく、更に液晶表示素子３も保持するようにしてもよい。

さらに、図１に示すように、導光体ユニット１２の光出射方向前方側に、出射面８ａから出射される光を拡散する拡散板９が配設されている。この光拡散板９は、透明樹脂材料に光を散乱させるための微粒子（光拡散粒子）を分散混入して構成されており、導光体８の出射面８ａから若干の空間を介して配設されている。微粒子は拡散板９を構成する透明樹脂材料と異なる屈折率のものを採用する必要がある。これにより、拡散板９内に入射する光は微粒子によって屈折して十分に散乱してほぼ均一に拡散されて光学シート１０方向に出射する。なお、微粒子に代えて空気を含む微細な空洞を分散して混入させてもよい。
また、光学シート１０に向けて光を出射する拡散板９の出射面９ａは、導光体８の出射面８ａと同様に平坦に形成されている。

光学シート１０は、導光体８の出射面８ａから出射された光を透過させて液晶表示素子３に向けて入射させるように構成されている。この光学シート１０は例えば平面視矩形状に形成されていて光透過性を有する透光性基材１９と、この透光性基材１９の液晶表示素子３側の出射面に配列されたプリズムレンズ部２０とで構成されている。

プリズムレンズ部２０は、例えば断面三角形で一方向（例えば図１で紙面に直交する方向）に連続して延びる単位プリズム２０ａがその延在方向に直交する方向に複数配列されている。単位プリズム２０ａは光の波長に比較して大きいピッチであり、拡散板９を通して入射する液晶表示素子３から外れる方向の光を集光して、液晶表示素子３を通して視聴者に向けて軸上に方向転換させる。

このようにして、液晶表示素子３の観察時に、プリズムレンズ部２０は軸外輝度を低下させることによって軸上輝度を増大させる。ここでいう軸上とは、視聴者の視覚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である。

なお、プリズムレンズ部２０の反復的アレイ構造が１方向のみの並列では、その並列方向での方向転換またはリサイクルが可能である。水平面内で互いに直交する二方向での表示光の輝度制御を行なうために、単位プリズム２０ａ群の並列方向が互いに略直交するように２枚の光学シート１０を重ねて組み合わせて用いてもよい。

プリズムレンズ部２０は、例えばＰＥＴ、ＰＣ、ＰＭＭＡ、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等を用いて、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形成される。この場合、透光性基材１９及びプリズムレンズ部２０は、それぞれ別の材料で別の基材から作製してもよいし、同一の材料からなる一つの基材から一体に形成してもよい。

なお、光学シート１０としてプリズムレンズ部２０に代えて略かまぼこ形のレンチキュラーレンズやマイクロレンズアレイを透光性基材１９上に配列させたものをレンズシートとして採用してもよい。これらは、断面形状が非対称なレンズ形状もよい。例えば、片側は直線形状で形成され、他方は外側に凸状の曲線形状で形成され、前述の直線形状と曲線形状がレンズ頂点部で丸みを帯びて連結している断面形状でもよい。

なお、本実施形態においては、導光体ユニット１２と拡散板９と光学シート１０との間に間隔を設けて空気層を形成している。これら空気層によって、導光体ユニット１２、拡散板９、光学シート１０を出射する光が集光されて液晶表示素子３から外れる光をより低減できる。

本実施の形態によるディスプレイ装置１は上述の構成を備えているから、バックライトユニット２によって液晶表示素子３を照明する場合、筐体２２内に光源ユニット３０の光源７を点灯すると、光源７から導光体８内に出射する光は放射状に放出される。
すると、一部の光は凹部１１の上部を透過して出射面８ａに至り、他の一部の光は傾斜背面８ｄで反射して出射面８ａ方向に向かう。さらに、一部の光は収納凹部１１の開口縁部を塞ぐ拡散反射板１７ａで反射した後に出射面８ａに向かう。

そして、傾斜背面８ｄから漏洩する光は傾斜面８ｄと空気層３１の境界において導光体８と空気層３１の屈折率差により屈折させられるとともに、空気層３１を通過する際に該空気層３１による拡散効果の寄与を受けて適宜拡散させられる。
さらに、このような光は、図５に示すように、拡散反射板１７によって反射されながら一定の範囲に拡散させられた後に、傾斜背面８ｄで再び屈折されて角度φの範囲に絞られながら導光体８に再入射して出射面８ａに向かう。

このようにして光源７から出射した光は出射面８ａの全面に分散して通過するが、光源７の真上の輝度が最も高く周囲の薄肉端部８ｅに向かうに従って輝度がわずかに低減する。そして、導光体ユニット１２の各出射面８ａから出射する光は拡散板９内に進入して微粒子で屈折されて散乱し、ほぼ均一に拡散した状態で光学シート１０へ入射する。

光学シート１０では、プリズムレンズ部２０に配列された各単位プリズム２０ａで屈折させられて集光させられ、液晶表示素子３に進入する。そのため、液晶表示素子３で集光させられた光は軸上輝度が高く輝度分布の曲線のピーク幅も適度に広げられて、観察者から液晶画像を視認できる。

そして、このようなディスプレイ装置１における光源ユニット３０においては、導光体ユニット１２の背面側及び側方に板状の拡散反射板１７ａ、１７ｂを配置するのみで、各導光体８の傾斜背面８ｄから出射される光を各導光体８に再入射させることができるため、光の利用効率を高く維持しながら容易に光源ユニット３０を構成することが可能となる。

また、拡散反射板１７と各導光体８の傾斜背面８ｄとの間に空気層３１が形成されることにより、該空気層３１における拡散効果の寄与を受けることができる他、該空気層３１と導光体８との屈折率さを利用して、拡散反射板１７で反射させられた後に導光体８に再入射する光を適宜屈折させて正面方向に立ち上げることが可能となる。これにより、出射面８ａから出射させられる輝度分布の均一化を図ることができるとともに、小面輝度を向上させることが可能となる。

また、本実施形態係る光源ユニット３１においては導光体８の傾斜背面８ｄと拡散反射板１７ａとのなす角度θが、図３（ａ）に示す傾斜背面８ｄが略四角錐面を形成するものにあっては、２８°≦θ≦３８°、５６°≦θ≦７３°の範囲内に設定されており、図３（ｂ）に示す傾斜背面８ｄが略円錐面を形成するものにあっては、１９°≦θ≦２９°、３１°≦θ≦３９°、５６°≦θ≦７２°の範囲内に設定されていることにより、詳しくは後述の実施例で示すように、導光体８の傾斜背面８ｄから漏洩した後に導光体８に再入射する光を最適な範囲に絞ることができ、輝度分布及び正面輝度の最適化を図ることが可能となる。

なお、本発明は上述の実施形態による光源ユニット３０、バックライトユニット２及びディスプレイ装置１に限定されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。
以下に、本発明の他の実施形態や変形例について説明するが、上述した第一の実施形態による光源ユニット３０、バックライトユニット２及びディスプレイ装置１と同一または同様な部分、部材には同一の符号を用いて説明する。

例えば、導光体８の凹部１１は断面略Ｕ字形状に限定されるものではなく、種々の変形が可能であり、凹部１１の形状についても断面略Ｕ字型やＶ字型等適宜の内面形状を有するものを採用できる。図６は第一変形例による導光体８の凹部１１を例示するものである。

図６（ａ）において、凹部１１の出射面８ａ側の上面を平坦面としてもよく、この場合には導光体８の出射面８ａの中央部分を一層明るくすることができる。
また、例えば図６（ｂ）〜（ｆ）のように凹部１１の上面を先細り形状に形成してもよく、この場合には、出射面８ａにおいて光源７の直上領域の輝度を比較的低くすることができる。なお、先細り形状の場合には、図６（ｂ）のようにＶ字状、図６（ｃ）のように凹部１１の内側に膨らむ曲面形状、図６（ｄ）のように凹部１１の外側に膨らむ曲面形状としてもよい。

また、図６（ｅ）、（ｆ）のように複数の平坦面や曲面を組み合わせた形状としてもよく、この場合には、導光体８の出射面８ａにおける配光分布の自由度が向上する。さらに、凹部１１は、例えば図６（ｂ）〜（ｆ）に示す形状を適宜組み合わせた形状を採用してもよい。

また、第二変形例として、導光体８の光源７として点光源に代えて冷陰極管等の棒状光源を光源２４として採用してもよい。即ち、図７に示す導光体２５は、第一実施形態による導光体８と同様に、光の出射面２５ａに対向する背面２５ｂの厚肉部２５ｃに断面略Ｕ字形状の収容凹部２６が形成されている。凹部２６内には冷陰極管等の光源２４が収容されている。そのため、凹部２６は光源２４の延在方向に沿って略Ｕ字状断面がトンネル状に延在している。

さらに、背面２５ｂにおいて、厚肉部２５ｃから光源２４の両側に向かって傾斜面２５ｄが設けられて薄肉端部２５ｅにつながっている。そのため、導光体８は光源２４を含む出射面２５ａに垂直な面に対して概略線対称に形成されている。

なお、光源２４は、冷陰極管以外に、例えば通常の蛍光管、熱陰極管、外部電極管、列状に配置されたＬＥＤや半導体レーザーなどが挙げられるが、特に、冷陰極管、外部電極管又は列状に配列されたＬＥＤとすることが好ましい。

さらに、第三変形例として、導光体８の収納凹部１１の開口縁部の周囲に出射面８ａと平行な平坦面２７ｆが設けられた導光体２７であってもよい。これにより、拡散反射板１７との接触面積を確保することができるため、導光体８と拡散反射板１７との密着度及び設置バランスを向上させることが可能となる。

次に本発明の第二実施形態によるディスプレイ装置４０について図９を用いて説明する。図１１に示すディスプレイ装置４０は第一実施形態によるバックライトユニット２を含むディスプレイ装置１と概略同一構成を備えている。相違点として、導光体８、８同士が連結されて構成された導光体ユニット１２と拡散板９との間に光制御シート４１が配設されている。

本第二実施形態によるディスプレイ装置４０では、導光体ユニット１２を構成する複数の導光体８について、第一実施形態と同様に各導光体８、８は薄肉端部８ｅ、８ｅが連結されている。しかも、これら導光体８を背面側及び側方から取り囲む拡散反射板１７も一体に連結されて構成されている。

次に、光制御シート４１について説明する。光制御シート４１は平面視矩形状に形成されており、光透過性を有する透光性基材４２と、透光性基材４２の光入射面側において個々の導光体８の出射面８ａに対向して設けられている光反射層４３とが一体に配設されている。通常、光源７から導光体８の出射面８ａを出射する光の照度または輝度の分布は光源７の直上領域が最も高く直上領域から周縁の薄肉端部８ｅ側に向かうに従って照度または輝度の高さが次第に低下する傾向にある。このような各導光体８毎の照度または輝度分布をより均一な分布に均すために、本第二実施形態において光反射層４３が配設されている。

即ち、光制御シート４１において、光反射層４３は、各導光体８における出射面８ａから透光性基材４２に向かう光を部分的に反射させて光制御シート４１から液晶表示素子３側に出射する光の輝度分布または照度分布をより均一にするように制御するものである。

光反射層４３は、光制御シート４１に入射する光を反射させる光反射部４４と、隣接する光反射部４４、４４の間に設けられていて光を透過させる開口部４５とが例えば交互に複数形成されている。

光反射層４３の光反射部４４は、例えば白色層又は金属層で形成され、白色層の材料としては、例えば二酸化チタン、硫酸バリウム及び酸化マグネシウムなどの無機物からなる白色顔料を透明樹脂中に混入させてなる複合材料を使用することができる。また、金属層としては、例えば銀及びアルミニウムなどの高反射率であり且つ光吸収の少ない材料からなる蒸着層を使用することができる。

そして、光反射層４３は、印刷又は蒸着により透光性基材４２の入射面側に直接形成してもよいが、例えば転写により形成してもよい。転写により光反射層４３を形成する際には、例えば透光性基材４２の光入射面に感光性樹脂フィルムを貼り付け、透光性基材４２に対して感光性フィルムと反対側の面にレンズ部を設けて、透光性基材４２を介して感光性樹脂フィルムを紫外線で露光する。これにより、レンズ部の集光作用によってレンズ部の焦点及びその近傍の領域のみにおいて、感光性樹脂フィルムの粘着力が低下する。

その後、透光性基材４２と感光性樹脂フィルムとの積層体を剥離紙上に押し当て、次いで、この積層体を剥離紙から剥離させる。このようにして、レンズ部の焦点及びその近傍の領域に開口部４５を有した光反射層４３が得られる。このようにして形成される光反射層４３の各開口部４５は、その中心軸が対応するレンズ部の光軸と一致するように形成される。

なお、印刷法を使用する場合でも、例えば前述したように、透光性基材４２の製造時にその光入射面に段差を設けておくことで、簡易的に印刷で光反射層４３を形成できる。ただし、光反射層４３の各開口部４５の中心軸をレンズ部の光軸と一致させるためには、レンズ部と段差の形成位置との相対的なアライメントが必要となる。

以上のように、本実施形態によるバックライトユニット２においては、導光体８の出射面８ａのうち光源７からの光の輝度または照度が最も高くなる領域に対応する位置に形成された開口部４５が最も小さく形成され、導光体８の出射面８ａにおける光の輝度が小さくなる領域ほど開口部４５が大きく形成されている。

このため、導光体８の出射面８ａにおける光の輝度が大きいほど、光反射層４３において遮断する光の量を増加させることができる。したがって、導光体８の出射面８ａにおける光の輝度分布が不均一であっても、導光体８の出射面８ａから出射した光が光反射層４３の各開口部４５を通過することで、透光性基材４２の出射面から出射する光の輝度ムラを効率よく抑制することができる。
さらに、光制御シート４１の光出射側に拡散板９と光学シート１０を設けているから、光源７から液晶表示素子３に入射する光の輝度ムラや照度ムラを更に低減させることができる。

なお、本第三実施形態において、光制御シート４１を導光体ユニット１２の各出射面８ａから離間して設けたが、これに代えて光反射層４３を各出射面８ａに当接させて押圧して変形を抑制するようにしてもよい。或いは、光制御シート４１と導光体ユニット１２の各出射面８ａとの間に透明な平板状のシート材を設置し、このシート材に光制御シート４１の光反射層４３を当接させることで、各出射面８ａを平面状に押圧してもよい。あるいは、導光体ユニット１２と光制御シート４１との間に拡散板９を設けて各出射面８ａに押圧させてもよい。

図３（ａ）及び（ｂ）に記載の導光体８において、傾斜背面８ｄと拡散反射板１７とのなす角θ、即ち傾斜角を変化させた際の、導光体の出射面からの出射光の光強度分布を調べるために数値シミュレーションを行った。

条件としては、導光板８について出射面８ａの形状及び大きさを３０ｍｍ×３０ｍｍの正方形状と、収納凹部１１は直径２ｍｍ、高さ２ｍｍの円錐状とし、導光体８の屈折率を１．５２とした。

図１０から図１５に、図３（ｂ）に示す傾斜背面８ｄが円錐面をなしている導光体８についての出射面８ａにおける光強度分布のシミュレーション結果を示す。横軸を出射角度、縦軸を相対光強度としている。相対光強度は、出射角度０°の光強度を１として規格化した値である。なお、一般的に、配光分布は、正面（出射角度０°）において最大を示すとともに、サイドローブ光が発生しないことが好ましい。さらに、経験上、相対光強度が１．５より大きい場合には輝度ムラとして視認されることが知られている。
以上を踏まえて、図１０から図１５を見ると、θ＜１９°、２９°＜θ＜３１°、３９＜θ＜５６°では、出射角度によっては相対光強度の値が１．５を超えている。この場合は、観察角度において輝度ムラとして視認されるため好ましくない。
したがって、傾斜背面８ｄが円錐面をなす導光体８においては、傾斜背面８ｄと拡散反射板１７とのなす角θを、１９°≦θ≦２９°、３１°≦θ≦３９°、５６°≦θ≦７２°の範囲内に設定することによって輝度ムラを抑制することができる。

図１６から図１９に、図３（ａ）に示す傾斜背面８ｄが四角錐面をなしている導光体８についての出射面８ａにおける光強度分布のシミュレーション結果を示す。
これらをみると、θ＜２８°、３８°＜θ＜５６°では、出射角度によっては相対光強度の値が１．５を超えている。この場合は、観察角度において輝度ムラとして視認されるため好ましくない。
また、７３°＜θでは、半値角が２５°よりも小さいため、正面方向の明るさが大きくなり、斜め方向での明るさが小さくなってしまう。このような場合も輝度ムラとして観察されることが経験上知られている。
したがって、傾斜背面８ｄが四角錐面をなす導光体８においては、傾斜背面８ｄと拡散反射板１７とのなす角θを、２８°≦θ≦３８°、５６°≦θ≦７３°の範囲内に設定することによって輝度ムラを抑制することができる。

また、上記の二つの場合のように輝度ムラを抑制することができると、横方向に出射される無駄な光を低減させることになるので、正面輝度の向上も期待することができる。
さらに、本シミュレーションでは点光源の場合を行ったが、棒状光源の場合も、図３（ａ）に示す導光体と同様に傾斜背面の角度を設定することで輝度ムラの低減及び正面輝度の向上を図ることができる。

本発明の第一実施形態によるディスプレイ装置を示す概略断面図である。 点光源の具体的説明図である。 図１に示すディスプレイ装置における光源と導光体を示す斜視図であり、（ａ）は傾斜背面が略四角錐面を形成している場合、（ｂ）は傾斜背面が略円錐面を形成している場合を示したものである。 図１に示すディスプレイ装置における導光体ユニットの各導光体の配列を示す模式図である。 第一実施形態における光源ユニットにおける光の進行方向を示す図である。 （ａ）〜（ｆ）は導光体の形状の変形例を示す図である。 棒状光源を用いた変形例による導光体の斜視図である。 収納凹部の周囲に平坦面を有する導光体の斜視図である。 本発明の第二実施形態によるディスプレイ装置を示す概略断面図である。 導光体の傾斜背面が曲面（略円錐形状）の場合の配光分布である。 導光体の傾斜背面が曲面（略円錐形状）の場合の配光分布である。 導光体の傾斜背面が曲面（略円錐形状）の場合の配光分布である。 導光体の傾斜背面が曲面（略円錐形状）の場合の配光分布である。 導光体の傾斜背面が曲面（略円錐形状）の場合の配光分布である。 導光体の傾斜背面が曲面（略円錐形状）の場合の配光分布である。 導光体の傾斜背面が平坦面（略四角錐形状）の場合の配光分布である。 導光体の傾斜背面が平坦面（略四角錐形状）の場合の配光分布である。 導光体の傾斜背面が平坦面（略四角錐形状）の場合の配光分布である。 導光体の傾斜背面が平坦面（略四角錐形状）の場合の配光分布である。 従来の導光体ユニットを示す図である。

符号の説明

１、４０ ディスプレイ装置
２ バックライトユニット
３ 液晶表示素子（画像表示部）
７、２４ 光源
８、２５ 導光体
８ａ、２５ａ 出射面
８ｃ、２５ｃ 厚肉部
８ｅ、５ｅ 薄肉端部
９ 拡散板
１０ 光学シート
１１、２６ 収納凹部
１２ 導光体ユニット
１７ 拡散反射板
４１ 光制御シート
４３ 光反射層
４４ 光反射部
４５ 開口部

Claims (13)

1. 光の出射面と、該出射面の中央部近傍に形成された厚肉部と、前記出射面に対向する背面の前記厚肉部に形成された収容凹部と、前記出射面の端部に位置する薄肉端部と、前記背面において前記厚肉部から前記薄肉端部に向けて次第に肉厚が薄くなるように傾斜した傾斜背面とを備えた導光体を、前記出射面に沿って複数配列されてなる導光体ユニットと、
   前記導光体ユニットにおける各導光体の収容凹部に収容される光源と、
   前記導光体ユニットの背面に対向配置される略板状の拡散反射板とを備え、
   前記傾斜背面と前記拡散反射板との間に空気層が区画形成されていることを特徴とする光源ユニット。
2. 前記光源は点光源であり、前記導光体は収容凹部の点光源の軸を含み出射面に対して垂直な中心軸に対して点対称であることを特徴とする請求項１に記載の光源ユニット。
3. 各前記導光体における前記傾斜背面が略円錐面を形成していることを特徴とする請求項２に記載の光源ユニット。
4. 前記傾斜背面と前記拡散反射板とのなす角度θが１９°≦θ≦２９°、３１°≦θ≦３９°、５６°≦θ≦７２°の範囲内に設定されていることを特徴とする請求項３に記載の光源ユニット。
5. 各前記導光体における前記傾斜背面が略四角錐面を形成していることを特徴とする請求項２に記載の光源ユニット。
6. 前記光源は棒状光源であり、前記導光体は収納凹部の棒状光源の軸を含み前記出射面に直交する面に対して対称な形状を有している請求項１に記載の光源ユニット。
7. 前記傾斜背面と前記拡散反射板とのなす角度θが２８°≦θ≦３８°、５６°≦θ≦７３°の範囲内に設定されていることを特徴とする請求５又は６に記載の光源ユニット。
8. 前記導光体ユニットの面方向端部を取り囲むようにして拡散反射板が設けられたことを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の光源ユニット。
9. 導光体ユニットが一体成形されていることを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の光源ユニット。
10. 請求項１から９のいずれか一項に記載の光源ユニットと、
    前記導光体ユニットの出射面に対向配置されて、該出射面から出射された光を制御する光学シートとを備えたことを特徴とするバックライトユニット。
11. 前記光源ユニットと前記光学シートとの間には、光拡散粒子を混入した光拡散板が設けられていることを特徴とする請求項１０に記載のバックライトユニット。
12. 前記光源ユニットと前記光拡散板との間に、
    透光性基材と該透光性基材の入射面側に配設された光反射層とを有していて、該光反射層は光を透過する開口部及び光を反射させる光反射部を備えた光制御シートとを備え、
    前記導光体の出射面を透過する光の照度または輝度の高い領域では前記光制御シートの開口部の面積を小さくし、照度または輝度の低い領域では前記開口部の面積を大きく設定したことを特徴とする請求項１１に記載のバックライトユニット。
13. 請求項１０から１２のいずれか一項に記載のバックライトユニットと、前記光学シートの出射面側に配置されて、前記バックライトユニットからの光を表示光として画像表示を行う画像表示部とからなることを特徴とするディスプレイ装置。

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