JP4114708B1 - バックライトユニット - Google Patents

Abstract

光学シート（１０）は、入射面（１１）から入射した光（Ｈ）を、出射面（１２）側に散乱する光散乱層（１３）と、光散乱層（１３）によって散乱された光を光散乱層（１３）側に反射する複数の光反射部（１４）とを備える。更に、光透過部（１３）によって、散乱された光をレンチキュラーシート（１７）に透過する空気層からなる複数の光透過部（１５）を備える。複数の光透過部（１５）の各々は、非レンズ面（１９）に対して凸部を形成するように、かつ長手方向（Ｘ）に沿って配置される。これより、配置方向（Ｙ）に沿って光反射部（１４）と光透過部（１５）とが交互にストライプ状に配置される。
【選択図】図４

Description

本発明は、画素単位での透過／非透過あるいは透明状態／散乱状態に応じて表示パターンが規定される表示素子が配置された液晶パネルを、背面側から照明するバックライトユニットに関する。

近年、ＴＦＴ型液晶パネルやＳＴＮ型液晶パネルを使用した液晶表示装置は、主としてＯＡ分野のカラーノートＰＣ（パーソナルコンピュータ）を中心に商品化されつつある。

このような液晶表示装置においては、従来から、液晶パネルの背面側（観察者側）に光源を配置し、この光源からの光で液晶パネルを照明する方式、いわゆる、バックライトユニット方式が採用されている。

この種のバックライトユニット方式に採用されているバックライトユニットとしては、大別して冷陰極管（ＣＣＦＴ）等の光源ランプを、光透過性に優れたアクリル樹脂等からなる平板状の導光板内で多重反射させる「導光板ライトガイド方式」（いわゆる、エッジライト方式）と、導光板を用いない「直下型方式」とがある。

導光板ライトガイド方式のバックライトユニットが搭載された液晶表示装置としては、例えば、図１に示すものが一般に知られている。

これは、上部に偏光板７１，７３に挟まれた液晶パネル７２が設けられ、その下面側に、略長方形板状のＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）やアクリル等の透明な基材からなる導光板７９が設置されており、該導光板の上面（光射出側）に拡散フィルム（拡散層）７８が設けられている。

さらに、この導光板７９の下面に、導光板７９に導入された光を効率よく上記液晶パネル７２方向に均一となるように散乱して反射されるための散乱反射パターン部が印刷などによって設けられる（図示せず）と共に、散乱反射パターン部下方に反射フィルム（反射層）７７が設けられている。

また、上記導光板７９には、側端部に光源ランプ７６が取り付けられており、さらに、光源ランプ７６の光を効率よく導光板７９中に入射させるべく、光源ランプ７６の背面側を覆うようにして高反射率のランプリフレクター８１が設けられている。上記散乱反射パターン部は、白色である二酸化チタン（ＴｉＯ_２）粉末を透明な接着剤等の溶液に混合した混合物を、所定パターン、例えばドットパターンにて印刷し乾燥、形成したものであり、導光板７９内に入射した光に指向性を付与し、光射出面側へと導くようになっており、高輝度化を図るための工夫である。

さらに、最近では、光利用効率をアップして高輝度化を図るべく、図２に示すように、拡散フィルム７８と液晶パネル７２との間に、光集光機能を備えたプリズムフィルム（プリズム層）７４，７５を設けることが提案されている。このプリズムフィルム７４，７５は導光板７９の光射出面から射出され、拡散フィルム７８で拡散された光を、高効率で液晶パネル７２の有効表示エリアに集光させるものである。

しかしながら、図１、図２に例示した装置では、視野角の制御は、拡散フィルム７８の拡散性のみに委ねられており、その制御は難しく、ディスプレイの正面方向の中心部は明るく、周辺部に行くほど暗くなる特性は避けられない。そのため、液晶画面を横から見たときの輝度の低下が大きく、光の利用効率の低下を招いていた。

さらに、図２に例示したプリズムフィルムを用いる装置では、プリズムフィルムの枚数が２枚必要であるため、フィルムの吸収による光量の低下が大きいだけでなく、部材数の増加によりコストが上昇する原因にもなっていた。

一方、直下型方式は、導光板の利用が困難な大型の液晶ＴＶなどの表示装置が用いられている。

直下型方式の液晶表示装置としては、図３に例示する装置が一般的に知られている。これにおいては、上部に偏光板７１、７３に挟まれた液晶パネル７２が設けられ、その下面側に、蛍光管等からなる光源５１から射出され、拡散フィルム８２のような光学シートで拡散された光を、高効率で液晶パネル７２の有効表示エリアに集光させるものである。光源５１からの光を効率よく照明光として利用するために、光源５１の背面には、リフレター５２が配置されている。

しかしながら、図３に例示する装置でも、視野角の制御は、拡散フィルム８２の拡散性のみに委ねられており、その制御は難しく、ディスプレイの正面方向の中心部は明るく、周辺部に行くほど暗くなる特性は避けられない。そのため、液晶画面を横から見たときの輝度の低下が大きく、光の利用効率の低下を招いていた。さらに、プリズムフィルムを用いるものでは、プリズムフィルムの枚数が２枚必要であるため、フィルムの吸収による光量の低下が大きいだけでなく、部材数の増加によりコストが上昇する原因にもなっていた。

また光源５１間の間隔が広すぎると、画面上に輝度ムラが生じやすく、光源５１の数を減らせず、消費電力の増加及びコストの増加を招く原因となっていた。

ところで、このような液晶表示装置では、軽量、低消費電力、高輝度、薄型化であることが市場ニーズとして強く要請されており、それに伴い、液晶表示装置に搭載されるバックライトユニットも、軽量、低消費電力、高輝度であることが要求されている。

特に、最近、目覚しい発展をみるカラー液晶表示装置においては、液晶パネルのパネル透過率がモノクロ対応の液晶パネルに比べ格段に低く、そのため、バックライトユニットの輝度向上を図ることが、装置自体の低消費電力を得るために必須となっている。

しかしながら、上述したように従来の装置では、高輝度、低消費電力の要請に充分に応えられているとは言いがたく、ユーザからは、低価格、高輝度、高表示品位で、かつ低消費電力の液晶表示装置を実現できるバックライトユニットの開発が待ち望まれている。

上記の状況に鑑みて本出願人は、例えば、特開２０００−２８４２６８号公報のように、液晶パネルと、この液晶パネルに背面側から光を照明する光源手段とを備え、この光源手段に、光源からの光を液晶パネルへと導くレンズ層が設けられ、該レンズ層焦点面近傍に開口をもつ遮光部を有することを特徴とする液晶表示装置を提案している。

上述の特開２０００−２８４２６８号公報には、同文献の図１から図３に示されるように、液晶パネルとバックライトユニットの間に、遮光部を有するレンズシートを配置してなる構成が開示されているが、図１から図３のいずれも、レンズシートは液晶パネル側にレンズ部を構成する凹凸形状を有している。

上述のレンズシートを介在させたことによる作用効果は、導光板から射出する光が有する拡散性をレンズ作用により変調して、液晶パネル側にレンズ部を構成する凹凸形状を有している。

上述のレンズシートを介在させたことによる作用効果は、導光板から射出する光が有する拡散性をレンズ作用に変調して、液晶パネル側に方向を揃えて射出させることが可能となる点にある。

加えて、特定箇所に開口を持つ遮光部を形成したことにより、液晶パネルの画素に入射する光量を選択的に多くすることが可能となり、バックライトの利用効率が向上することと、前記開口の形状を制御することで表示光の視野領域も制御することが可能となることである。

ところで、液晶ＴＶや、パソコン用モニターに使用される液晶表示装置では、携帯電話やモバイル端末に比べて、長時間連続して使用される。それに加えて最近では、携帯電話やモバイル端末に使用される液晶表示装置でも、省電力化設計の採用に伴い、従来よりも長時間連続して使用されることが予想される。

このように、液晶表示装置がより長時間連続して使用されるようになると、光源から発せられる熱の影響で、バックライトユニットに用いられる光学シートの温度が上昇し、熱変形による反りや剥離が生じ、液晶表示装置から表示される画質が低下する恐れがあるという問題がある。

本発明はこのような事情を鑑みてなされたものであり、液晶表示装置が長時間連続して使用される場合であっても、光学シートの熱変形による反りや剥離を防ぎ、もって、画質の低下を阻止することが可能なバックライトユニットを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明では、以下のような手段を講じる。

すなわち、本発明の局面は、光源と、光源からの光を３２インチ以上のディスプレイに供給する光学シートとを備えてなるバックライトユニットである。この光学シートは、光散乱層と、光散乱層の非入射面に複数のストライプ状に配置されてなる光反射部と、隣り合う２つの光反射部の間に配置されてなる光透過部と、レンチキュラーシートとを備える。更に、レンチキュラーシートは、光反射部及び光透過部の上に、複数の単位凸シリンドリカルレンズがディスプレイ側に並列配置されてなるレンズ部と、レンズ部と反対側の面であって、光透過部によって透過される光が入射する非レンズ面とを有し、複数の単位凸シリンドリカルレンズは光透過部のおのおのに１：１で対応しており、かつ対応する単位凸シリンドリカルレンズの頂点からシルンドリカルレンズの非レンズ面に対する垂線が光透過部を含み、かつ光反射部の各単位の長手方向に沿って、ストライプ状に配置されてなる。そして、各光透過部の両端は開放されている。更に、光散乱層は、層厚が１（ｍｍ）以上５（ｍｍ）以下のポリカーボネート、ポリスチレン、ＭＳ樹脂のうちの何れか１つからなり、かつ光透過部内を流れる空気の圧力損失ΔＰが０（Ｐａ）＜ΔＰ＜７×１０^５（Ｐａ）である。更にまた、長手方向は鉛直方向であり、光学シートは鉛直方向の寸法よりも水平方向の寸法の方が大きい。
また、本発明の別の局面は、このバックライトユニットの冷却方法である。すなわち、上記バックライトユニットは、各光透過部の長手方向の両端、すなわち上端及び下端が開放されているので、光透過部内に空気が自由に出入りすることができる。そして、光源から発せられる光によってバックライトユニットが発熱した場合、０（Ｐａ）＜ΔＰ＜７×１０ ^５ （Ｐａ）の圧力損失ΔＰで、空気が光透過部内を流れることによって、バックライトユニットを冷却する。

図１は、従来技術による液晶表示装置の構成例を示す説明図である。 図２は、従来技術による液晶表示装置の構成例を示す説明図である。 図３は、従来技術による液晶表示装置の構成例を示す説明図である。 図４は、本発明の実施の形態に係るバックライトユニットの一例を示す側面図である。 図５は、本発明の実施の形態に係るバックライトユニットの一例を示す側面図である。 図６は、光学シートの構成例を示す斜視図である。 図７Ａは、光反射部の配置例を示す平面図（ストライプ長Ｓが配置方向Ｙの寸法より長い場合）である。 図７Ｂは、光反射部の配置例を示す平面図（ストライプ長Ｓが配置方向Ｙの寸法より短い場合）である。 図８は、光透過部の端面の寸法の典型例を示す部分側面図である。 図９は、光透過部における圧力損失モデルを示す図である。

以下に、本発明を実施するための最良の形態について図面を参照しながら説明する。

図４は、本発明の実施の形態に係るバックライトユニットの一例を示す側面図である。すなわち、本発明の実施の形態に係るバックライトユニットは、ランプハウス２０内に収納されたシリンダ形状の複数の光源２１と、各光源２１からの光Ｈを、偏光板３１、３２に挟まれた液晶パネル３０に供給する光学シート１０を備えてなる。なお図中２２は、複数の光源２１の背面側に配置された光反射板である。

図６は、光学シート１０の構成例を示す斜視図である。

この光学シート１０は、入射面１１から入射した光Ｈを、非入射面側である出射面１２側に散乱する光散乱層１３を備えている。

ここで光散乱層１３は、透明樹脂とこの透明樹脂の中に分散された透明粒子とを具備して構成されており、これら透明樹脂の屈折率と透明粒子の屈折率が異なるものである必要がある。透明樹脂の屈折率と透明粒子の屈折率の差は０．０２以上であることが望ましい。屈折率の差がこれより小さいと十分な光散乱性能が得られない。また、その屈折率差は０．５以下でよい。

光散乱層１３は、この光散乱層１３に入射した光を散乱させながら透過させる必要がある。このため、光散乱層に含まれる前記透明粒子の平均粒径は０．５×１０^−６（ｍ）〜１０．０×１０^−６（ｍ）であることが望ましい。好ましくは１．０×１０^−６（ｍ）〜５．０×１０^−６（ｍ）である。

透明樹脂としては、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、メチルスチレン樹脂及びフルオレン樹脂等を使用することができる。

また、透明粒子としては、無機酸化物からなる透明粒子又は樹脂からなる透明粒子が使用できる。例えば、無機酸化物からなる透明粒子としてはシリカやアルミナ等からなる粒子を挙げることができる。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）等の含フッ素ポリマー粒子；シリコーン樹脂粒子等を挙げることができる。これら透明粒子は、２種類以上を混合して使用してもよい。

そして、これら透明樹脂中に透明粒子を分散して、押出し成型することにより、板状の光散乱層１３を製造することができる。その厚みは、１〜５（ｍｍ）であることが望ましい。

１（ｍｍ）未満の場合、光散乱層１３は薄くこしがないのでたわむという欠点がある。一方５（ｍｍ）を越えると、光源２１からの光の透過率が悪くなるという欠点がある。

この光学シート１０は、出射面１２側に一方の面が設けられ、光散乱層１３によって散乱された光を光散乱層１３側に反射する複数の光反射部１４を備えている。さらに、隣接する２つの光反射部１４の間に設けられ、光散乱層１３によって散乱された光を非光散乱層側であるレンチキュラーシート１７に透過する空気層からなる複数の光透過部１５を備えている。このような光透過部１５を透過する光のみを集光して単位凸シリンドリカルレンズ１６に導くことが可能となる。

光反射部１４は、光散乱層１３から入射した散乱した光が、光透過部１５を透過し、光透過部１５の各々に対応する一の単位凸シリンドリカルレンズ１６のみに入射するように、光透過部１５を透過した光が、対応する単位凸シリンドリカルレンズの両隣もしくはさらにその隣の単位凸シリンドリカルレンズに入射しない目的で設けられ、凸シリンドリカルレンズ１６の単位レンズのそれぞれに１：１で対応した光透過部１５を有するストライプ状であり、レンズ部の反対側の表面に、ストライプ状に対応した光透過部を有するストライプ状であり、レンズ部の反対側の表面にストライプ状に対応した凸部を形成している。

また、光反射部１４は、通常は、金属粒子または高屈折率透明粒子を分散混合してなるインキの塗布形成、転写形成、又は金属箔のラミネート形成によって形成される。

しかし、光反射部１４の作成方法は上記方法に限らず、例えば、図５において、レンチキュラーシート１７と光反射部１４が一体の形状１７０になるように射出成形で作成し、さらに光反射部１４の底辺Ｔに金属粒子または高屈折率透明粒子を分散混合してなるインキを塗布や印刷等をすることで光反射部１４の底辺Ｔのみもしくは底辺Ｔ及び側面Ｓに反射膜を形成することも出来る。

この場合、図４に示す光透過部１５の形成方法と比較して光透過部１５を確実に形成できるので、光透過部１５に空気を対流させる場合にはより効果的であるという利点もある。

さらにこの場合において、光散乱層１３と光反射部１４との接着工程も考慮して、前記金属粒子または高屈折透明粒子を分散混合してなるインキに接着剤を混合したものを用いて光反射部１４を作成してもよい。

次に、光学シート１０は、複数の単位凸シリンドリカルレンズ１６が液晶パネル３０側に並列配置されてなるレンズ部と、レンズ部と反対側の面１９であって、光透過部１５によって透過される光が入射する非レンズ面１９とを有するレンチキュラーシート１７を備えている。

この複数の単位凸シリンドリカルレンズ１６は、例えばレンチキュラーレンズであり、レンチキュラーシート１７は、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）等を用いて、当該技術分野では良く知られている押し出し成形法、射出成型法、あるいは熱プレス成型法によって形成する。

複数の光反射部１４のおのおのは、当該技術分野でよく知られている印刷法、転写法、あるいはフォトリソグラフィー法を用いて形成され、非レンズ面１９に対して凸部を形成するように、かつ各単位凸シリンドリカルレンズ１６の長手方向Ｘ（図４及び図５中における前後方向、及び図６中におけるＸ方向）に沿って配置される。接着層１８は、複数の光反射部１４と、光散乱層１３とを接着する。接着剤を光散乱層１３に塗布し、レンチキュラーシート１７を押圧して接着することもできるし、レンチキュラーシート１７の光反射部１４に接着剤を塗布し、光散乱層１３を押圧して接着することもできる。

これにより、図６に示す光学シート１０の斜視図、及び図７Ａ、図７Ｂに示す光反射部１４の平面図に示すように、複数の単位シリンドリカルレンズ１６が並列配置される配置方向Ｙに沿って光反射部１４と光透過部１５とが交互にストライプ状に配置される。

このような光学シート１０によれば、例えば特開２００６−１０６１９７号公報に記載されているように、光源２１からの光Ｈを光散乱層１３によって散乱させ、光透過部１５を透過する光のみを集光して単位凸シリンドリカルレンズ１６に入射させることができるとともに、単位凸シリンドリカルレンズ１６に入射させることができなかった光については、光反射部１４と、光反射板２２との間で、繰返して反射させ最終的に光透過部１５を透過させることにより、無駄に出射させることなく再利用することができるので、光源２１からの光の利用効率を高めつつ、拡散範囲を制御して、各単位シリンドリカルレンズ１６の表面から正面方向に出射光Ｋを出射し、液晶パネル３０に供給することが可能となる。なお、単位凸シリンドリカルレンズ１６の配置方向Ｙに沿った配置ピッチＰは、更に光の均一性の実現、及び液晶パネル３０から表示される画像のモアレ防止の観点から、例えば５０×１０^−６（ｍ）以上２００×１０^−６（ｍ）以下とする。また、同じくモアレ防止の観点からは、ストライプの配列方向、すなわち単位凸シリンドリカルレンズ１６の配置方向Ｙと、液晶パネル３０の画素の配向方向とが平行ではなく、例えば３０度以内の範囲にずれるように配置することが好ましい。

さらに、本発明の実施の形態では、光学シート１０が、ストライプの両端Ｌ，Ｒに位置する各光透過部１５の両端面１５Ｒ、１５Ｌのうち、少なくとも片方の端面（例えば、図６に示すような端面１５Ｒ）を開放している。

図８の部分側面図にその典型例に示すように、光透過部１５の端面の幅は、レンズの配置ピッチＰの３０（％）から６０（％）であり、その高さは５×１０^−６（ｍ）から２０×１０^−６（ｍ）である。

ここで配置ピッチＰは、液晶画素との関係でモアレが発生しないこと、また放射線硬化型樹脂に限らず押出形成でもレンチキュラーシート１７を形成できることを考慮して３００×１０^−６（ｍ）以下とする。

さらに光透過部１５の幅を配置ピッチＰの３０（％）から６０（％）にしたのは、光透過部１５の長さがレンズの配置ピッチＰの長さに対して３０（％）より小さいと視野角が狭くなってしまい、また６０（％）より大きいと正面輝度が低くなりいずれの場合も画像特性が悪くなるという欠点がある。

また光透過部１５の高さは５×１０^−６（ｍ）から２０×１０^−６（ｍ）である。光透過部１５の高さが５×１０^−６（ｍ）以下であると、バックライトユニットを作製する際に光散乱層１３と光反射部１４を接着する接着層１８が光透過部１５を埋めてしまうため空気が通らない。また光反射部１４の厚さが５×１０^−６（ｍ）以下では、そもそも光反射部１４には光の反射に必要な十分な透明粒子が含まれず反射特性が悪いという問題がある。

逆に光反射部１４の高さが２０×１０^−６（ｍ）より大きいと、光反射部１４には光を反射させるための透明粒子が多くなり、光の反射特性は十分であるが、光反射部１４自体の脆性が悪くなってしまい製造プロセスやハンドリングする際に衝撃等で光反射部１４が崩れたり、透明粒子の粉が発生する問題がある。

光散乱層１３と接着層１８とを含めた厚みの一例は２（ｍｍ）、レンチキュラーシート１７のうち単位凸シリンドリカルレンズ１６を含まない厚みの一例は７５×１０^−６（ｍ）である。また、上述のように、光散乱層１３は例えばポリカーボネート、ポリスチレン、ＭＳ樹脂等からなり、ポリカーボネート、ポリスチレン、及びＭＳ樹脂の線膨張係数は、それぞれ６．７×１０^−５（ｃｍ／ｃｍ／℃）、７×１０^−５（ｃｍ／ｃｍ／℃）及び７×１０^−５（ｃｍ／ｃｍ／℃）、である。一方、レンチキュラーシート１７は、例えばＰＥＴからなり、ＰＥＴの線膨張係数は２．７×１０^−５（ｃｍ／ｃｍ／℃）であり、光散乱層１３の線膨張係数の方が大きい。従って、光学シート１０が熱を受け、変形する場合には、レンチキュラーシート１７側に反りが発生する。しかしながら、本発明の実施の形態では、ストライプの両端Ｌ，Ｒに位置する各光透過部１５の両端面１５Ｒ、１５Ｌのうち、少なくとも片方の端面を開放することにより、各光透過部１５における空気の流れが良くなるので、光学シート１０を効率良く冷却することが可能となる。したがって、ディスプレイが長時間連続して使用される場合であっても、光学シート１０の熱変形による反りや剥離を防ぎ、もって、画質の低下を阻止することが可能となる。基本的には、表１に示すように、各光透過部１５における空気の流れが良くなるので、端面の断面積の大小に関わらず反りによる画質の低下は認められないが、片側の端面のみ開放した場合には、各光透過部１５における空気の流れが若干悪くなるので、端面の断面積が小さい場合には反りによる画質の低下が認められやすくなる傾向にある。

具体的には、各光透過部１５内を流れる空気の圧力損失ΔＰが０（Ｐａ）＜ΔＰ＜７×１０^３（Ｐａ）である場合には、各光透過部１５の両端面１５Ｒ、１５Ｌともに開放する。このように両端面１５Ｒ、１５Ｌともに開放することにより、各光透過部１５における空気の流れが良くなり、光学シート１０を効率良く冷却することができる。なお、ΔＰ＝０とは、光透過部１５に入る空気が、光透過部１５の壁面からの摩擦を受けずに、また空気自体の内部摩擦もない理想的な空気の流れの状態である。

一般に、ストライプ長Ｓが長くなると、各光透過部１５における空気の流れが悪くなる傾向にあるので、図７Ａに示すようにストライプ長Ｓが配置方向Ｙの寸法より長い場合よりも、図７Ｂに示すようにストライプ長Ｓが配置方向Ｙの寸法より短い場合の方が、熱変形による影響を受けにくい。このため、図７Ｂに示すようにストライプ長Ｓが配置方向Ｙの寸法より短くなるような光学シート１０を用いることが好ましい。

また、各光透過部１５の片方の端面のみが開放された場合には、他方の端面が閉塞されており、各光透過部１５における空気の流れが若干悪くなるので、光学シート１０の熱変形を回避するためには、ストライプ長Ｓを短く制限しなければならない。この場合、空気の圧力損失ΔＰを、０（Ｐａ）＜ΔＰ＜４×１０^３（Ｐａ）とする。

上記説明したストライプ長Ｓと、それに対して許容される圧力損失ΔＰの根拠について、図９を用いて説明する。光透過部１５の空気層に空気が流れるためには、空気層の入り口、すなわち、光透過部１５の開放された端面での空気の圧力Ｐ１と、空気層内部、すなわち光透過部１５の内部での圧力Ｐ２との差である圧力損失ΔＰ（＝Ｐ１−Ｐ２）がある一定の値以上でないと空気層内で空気が十分に対流しない。ここで、光透過部１５における十分な空気の対流が無いと、熱放出がなくなり、光学シート１０が高温になり、場合によっては、熱変形に至る。

次に、光透過部１５を流れる空気の圧力損失ΔＰを、円管に対するモデル式を用いて評価した。ただし、図９に示すように、光透過部１５の端面における断面形状は円ではなく、長方形であるので、
４×（流体の流れの断面積）／（流体が接触している固体壁周辺の長さ）
によって得られる光透過部１５の断面の相当直径Ｄｅを用いて圧力損失ΔＰを算出する。上記式より、光透過部１５の端面における長方形の辺の長さをそれぞれａ，ｂとした場合、相当直径Ｄｅ＝２ａｂ／（ａ＋ｂ）となる。このとき、空気層を通過する空気の平均流速は、以下の通りである。

また、圧力損失ΔＰは、ハーゲン・ポアズイユ式を用いると、以下のように示される。これより、圧力損失ΔＰ＝３２μＳＶ_ａｖｅ／Ｄｅ^２であることが分かる。

ただし、上記（１）式及び（２）式において、
ΔＰ：圧力損失
Ｄｅ：相当直径
Ｖ_ａｖｅ：空気の平均流速
ρ：空気の密度
Ｓ：ストライプ長
Ｖ_ｍａｘ：空気の流量の最大値
ｒ_０：円管の場合の半径
である。

次に、光学シート１０の光透過部１５のうち、片方の端面のみを開放したバックライトユニットを様々な大きさのディスプレイに実際に使用し、光学シート１０の熱変形による反りを観察した。その結果、３２インチ以上のディスプレイの場合には反りが発生したものの、３２インチよりも小さなディスプレイに対して用いた場合には反りや剥離の発生は認められなかった。ここで、３２インチのディスプレイの場合、ストライプ長Ｓは、約８０（ｃｍ）に相当する。

従って、ストライプ長Ｓが８０（ｃｍ）の場合における圧力損失ΔＰの閾値αが存在する。圧力損失ΔＰが閾値αよりも大きい場合には、空気の対流が不十分であり、反りや剥離が発生する可能性がある。

光透過部１５の片方の端面のみを開放し、ストライプ長Ｓが８０（ｃｍ）である場合の圧力損失ΔＰの閾値αの計算方法について以下に示す。ここで、
空気の粘度μ＝１８．８６×１０^−６（Ｐａ・ｓｅｃ） （４０℃）
空気の平均流速Ｖａｖｅ＝０．０６（ｍ／ｓｅｃ） （４０℃）
相当直径Ｄｅ＝２×５×４２／（５＋４２）（×１０^−５ｍ）
を用いて（２）式に従って計算することにより、圧力損失ΔＰ＝３．６×１０ ^５ （Ｐａ）が得られる。この数値を一般化してΔＰの閾値をΔＰ＝４×１０ ^５ （Ｐａ）とする。

ちなみに、ストライプ長Ｓが１００（ｃｍ）である場合における圧力損失ΔＰはΔＰ＝４．５×１０ ^５ （Ｐａ）で上記閾値α＝４×１０ ^５ （Ｐａ）を超える。

次に、光学シート１０の光透過部１５のうち、両方の端面ともに開放したバックライトユニットを様々は大きさのディスプレイに実際に使用し、光学シート１０の熱変形による反りを観察した。その結果、標準的な液晶ディスプレイの最大画面サイズである１００インチのディスプレイに使用した場合であっても、反りや剥離の発生は認められなかった。１００インチのディスプレイの場合、ストライプ長Ｓは３００（ｃｍ）に相当する。この場合の圧力損失ΔＰの閾値αは、光透過部１５の片方の端面のみを開放した場合と同様に、 空気の粘度μ＝１８．８６×１０^−６（Ｐａ・ｓｅｃ） （４０℃）
空気の平均流速Ｖａｖｅ＝０．０６（ｍ／ｓｅｃ） （４０℃）
相当直径Ｄｅ＝２×５×４２／（５＋４２）（×１０^−５ｍ）
を用い、（２）式に従って計算することにより、圧力損失ΔＰ＝６．６×１０ ^５ （Ｐａ）が得られる。この数値を一般化して閾値αを７×１０ ^５ （Ｐａ）とする。

以上の結果、光透過部１５の両端を開放した場合、圧力損失ΔＰの範囲が０（Ｐａ）＜ΔＰ＜７×１０ ^５ （Ｐａ）であれば、空気の対流は十分であり、光学シート１０の熱変形による反りや剥離が発生しないことが分かる。

上述したように、本発明の実施の形態に係るバックライトユニットにおいては、圧力損失ΔＰの閾値αに入るように設計することにより、各光透過部１５の内部の空気の対流は十分となり、光学シート１０の放熱を助長することができるので、液晶表示装置が長時間連続して使用される場合であっても、光学シート１０の熱変形による反りや剥離を防ぎ、もって、画質の低下を阻止することが可能となる。

以上、本発明を実施するための最良の形態について、添付図面を参照しながら説明したが、本発明はかかる構成に限定されない。特許請求の範囲の発明された技術的思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

上述したように、本発明に係るバックライトユニットにおいては、空気層からなる光透過部を設け、その大きさを圧力損失ΔＰの閾値内に入るように設計することにより、各光透過部の内部に空気が対流し、光学シートの放熱を助長することができるので、液晶表示装置が長時間連続して使用される場合であっても、光学シートの熱変形による反りや剥離を防ぎ、もって、画質の低下を阻止することが可能となる。

Claims (2)

1. 光源と、前記光源からの光を３２インチ以上のディスプレイに供給する光学シートとを備えてなるバックライトユニットにおいて、
   前記光学シートは、
   光散乱層と、
   前記光散乱層の非入射面に複数のストライプ状に配置されてなる光反射部と、
   隣り合う２つの前記光反射部の間に配置されてなる光透過部と、
   前記光反射部及び前記光透過部の上に、複数の単位凸シリンドリカルレンズが前記ディスプレイ側に並列配置されてなるレンズ部と、前記レンズ部と反対側の面であって、前記光透過部によって透過される光が入射する非レンズ面とを有し、前記複数の単位凸シリンドリカルレンズは前記光透過部のおのおのに１：１で対応しており、かつ対応する前記単位凸シリンドリカルレンズの頂点から前記シルンドリカルレンズの非レンズ面に対する垂線が前記光透過部を含み、かつ前記光反射部の各単位の長手方向に沿って、ストライプ状に配置されてなるレンチキュラーシートとを備える光学シートであって、
   前記各光透過部の前記長手方向の両端が開放されており、前記光散乱層は、層厚が１（ｍｍ）以上５（ｍｍ）以下のポリカーボネート、ポリスチレン、ＭＳ樹脂のうちの何れか１つからなり、かつ前記光透過部内を流れる空気の圧力損失ΔＰが０（Ｐａ）＜ΔＰ＜７×１０^５（Ｐａ）であり、前記長手方向は鉛直方向であり、前記光学シートは鉛直方向の寸法よりも水平方向の寸法の方が大きいことを特徴とするバックライトユニット。
2. 光源と、前記光源からの光を３２インチ以上のディスプレイに供給する光学シートとを備えてなるバックライトユニットの冷却方法であって、
   前記光学シートは、
   光散乱層と、
   前記光散乱層の非入射面に複数のストライプ状に配置されてなる光反射部と、
   隣り合う２つの前記光反射部の間に配置されてなる光透過部と、
   前記光反射部及び前記光透過部の上に、複数の単位凸シリンドリカルレンズが前記ディスプレイ側に並列配置されてなるレンズ部と、前記レンズ部と反対側の面であって、前記光透過部によって透過される光が入射する非レンズ面とを有し、前記複数の単位凸シリンドリカルレンズは前記光透過部のおのおのに１：１で対応しており、かつ対応する前記単位凸シリンドリカルレンズの頂点から前記シルンドリカルレンズの非レンズ面に対する垂線が前記光透過部を含み、かつ前記光反射部の各単位の長手方向に沿って、ストライプ状に配置されてなるレンチキュラーシートとを備えており、
   前記各光透過部の前記長手方向の両端を開放することにより、前記光透過部内に空気が出入りするようにし、前記長手方向を鉛直方向とし、前記光学シートの寸法を前記鉛直方向よりも水平方向を大きくし、前記光散乱層を、層厚が１（ｍｍ）以上５（ｍｍ）以下のポリカーボネート、ポリスチレン、ＭＳ樹脂のうちの何れか１つから形成し、
   前記光源から発せられる光によって前記バックライトユニットが発熱した場合、０（Ｐａ）＜ΔＰ＜７×１０ ^５ （Ｐａ）の圧力損失ΔＰで、空気が前記光透過部内を流れることによって、前記バックライトユニットを冷却するようにした冷却方法。

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